(57)【要約】【課題】従来の電池内部短絡評価方法である釘刺し試験は、その評価結果は最外周部の構成に大きく左右されていた。市場にて起こりうる異物混入やセパレータやぶれなどの内部短絡時の安全性をより正確に評価することが可能となる測定方法と安全レベルの特定を目的とする。【解決手段】電池の内部短絡時の安全性を評価する方法であって、加工子を用いて電池を加工した後に、加圧子を用いて短絡を発生させて行ことによって、電池内部の目的の場所で短絡試験を実施することで安全レベルの評価と特定とを可能とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板及び負極板をセパレータを介して巻回もしくは積層した電極群と、前記電極群を覆う外装体とからなる電池の内部短絡評価法であって、前記外装体もしくは、前記電極群の一部を外層側より加工子を用いて切断し、前記切断された極板の内層側にある正極板と負極板とを、加圧子を用いて短絡させ、電池の安全性を評価することを特徴とする電池の内部短絡評価方法。
【請求項２】
正極板及び負極板をセパレータを介して巻回もしくは積層した電極群と、前記電極群を覆う外装体とからなる電池の内部短絡評価法であって、前記外装体もしくは、前記電極群の一部を外層側より加工子を用いて切断し、前記切断された極板を除去した後に、前記切断された極板の内層側にある正極板と負極板とを、加圧子を用いて短絡させ、電池の安全性を評価することを特徴とする電池の内部短絡評価方法。
【請求項３】
正極板及び負極板をセパレータを介して巻回もしくは積層した電極群と、前記電極群を覆う外装体とからなる電池の内部短絡評価法であって、前記外装体もしくは、前記電極群に外層側より加工子を用いて穴を形成し、その後、前記電極群に形成した穴の内層側の前記正極板と前記負極板とを加圧子を用いて短絡させ、電池の安全性を評価することを特徴とする電池の内部短絡評価方法。
【請求項４】
前記短絡は、前記電池を分解して外装体から電極群を取り出した後に行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電池の内部短絡評価方法。
【請求項５】
前記加工子による加工は、前記加工子を振動させて行うことを特徴とする請求項１から４のいづれかに記載の電池の内部短絡評価方法。
【請求項６】
前記加工子による加工は、前記加工子を回転させて行うことを特徴とする請求項１から５のいづれかに記載の電池の内部短絡評価方法。
【請求項７】
前記加工子の先端加工部が、鋭利な突起形状、鋭利な刃先形状もしくは砥石状の表面形状を有することを特徴とする請求項１から６のいづれかに記載の電池の内部短絡評価方法。
【請求項８】
前記加圧子の先端加圧部が、鋭利な突起形状もしくは、鋭利な刃先形状を有し、前記加圧部を押し込むもしくは刺し込むことによって前記正極板と前記負極板とを短絡させ、電池の安全性を評価することを特徴とする請求項１から３のいづれかに記載の電池の内部短絡評価方法。
【請求項９】
請求項１から８のいづれかの内部短絡評価方法による安全性が特定された電池の製造法。
【請求項１０】
請求項１から８のいづれかの内部短絡評価方法による安全性が特定された電池パックの製造法。
【請求項１１】
請求項９の電池の製造法により製造された電池。
【請求項１２】
請求項１０の電池パックの製造法により製造された電池パック。
【請求項１３】
正極板及び負極板をセパレータを介して巻回もしくは積層した電極群と、前記電極群を覆う外装体とからなる電池の内部短絡評価装置であって、加圧部、加圧制御部、電池情報
測定部、少なくとも１つの短絡検知部、少なくとも１つの制御部を有し、前記短絡検知部は内部短絡によって生じる電池情報の変化を検知して基準値と比較して内部短絡と判断して信号を発信することができるものであり、前記制御部は前記短絡検知部の少なくとも一つから信号を受けて命令を発信する発信部と命令を受ける受信部とを有することを特徴とする電池内部短絡評価装置。
【請求項１４】
請求項１３の内部短絡評価装置による安全性が特定された電池の製造法。
【請求項１５】
請求項１３の内部短絡評価装置による安全性が特定された電池パックの製造法。
【請求項１６】
請求項１４の電池の製造法により製造された電池。
【請求項１７】
請求項１５の電池パックの製造法により製造された電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の評価法および評価装置に関し、特に異物混入やセパレータやぶれなどによる内部短絡時の安全性を評価する方法、内部短絡時の安全性を評価する評価装置及び安全が特定された電池及び電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池などの電池の安全性項目として内部短絡時の発熱挙動を評価する電池評価試験が例えばリチウム電池のためのＵＬ規格（ＵＬ１６４２）、電池工業会からの指針（ＳＢＡ  Ｇ１１０１−１９９７リチウム二次電地安全性評価基準ガイドライン）などで制定されており、各種電池の開発に活用されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
これらの評価試験の中で、例えば釘刺し試験は、電池側面より釘を貫通もしくは突き刺しを行う内部短絡試験である。釘を突き刺すことにより電池内部の正極、負極、釘間で短絡部が発生、そのために短絡部に短絡電流が流れ、ジュール発熱が発生する。これらの現象に基づく電池温度または電池電圧などの変化を観察するものである。また圧壊試験においては丸棒、角棒、平板などにより電池を物理的に変形させる内部短絡試験である。これにより正極、負極間での内部短絡を発生させ電池温度または電池電圧などの変化を観察するものである。
【特許文献１】特開平１１−１０２７２９号公報
【特許文献２】特開２００６−３１３７３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながらこれら従来の電池評価方法は、いずれも市場で起こりうる、特に電池内周部での導電性微小混入異物による内部短絡に対する安全性を正確には評価できていなかった。
【０００５】
さらには、電池の使用用途を考慮する上で、内部短絡が発生したときに「全く発熱しない」もしくは「多少の発熱が存在する」など、どのレベルの安全性能を有しているか知る必要がある。しかるに、従来は内部短絡の安全性が正確に評価できていなかったために、安全性のレベルも特定されていなかった。そこで電池ごとに内部短絡に関する安全性レベルを特定することが切望されていた。
内部短絡発生時の電池の安全性は、短絡部で発生するジュール発熱の量に大きく左右される。短絡部において発生する熱量Ｗ（Ｗ）は、電池の電圧をＶ（Ｖ）、短絡部の抵抗をＲ１（Ω）、電池の内部抵抗をＲ２（Ω）とすると、
Ｗ＝Ｖ2×Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）2
で表される。
【０００６】
上記の式は、短絡点の抵抗によって、発熱量が変わることを示しており、すなわち短絡点の抵抗により電池の安全性も変化することが分かる。
【０００７】
これに対し、極板上には、合剤が塗布されている部分や、金属箔が露出している部分などが存在し、各々短絡した場所により抵抗値が異なることが分かっている。以上のことから、電池の各部分によって、内部短絡が発生したときの安全性が異なることが分かる。
【０００８】
しかるに、釘刺し試験においては、短絡が電池の最外周部から発生するため、最外周部
に抵抗の小さな箇所、具体的には活物質の存在しない集電体の露出部等を設けられている場合に、最外周部での短絡抵抗に強く影響を受けてしまい、評価結果が安全になる。しかし、仮に電池内に導電性の異物が混入した場合は、そのサイズや形状、硬さ等によっては、電池内の任意の場所で内部短絡が発生し、釘刺し試験では実現できない抵抗で内部短絡が発生する可能性がある。
【０００９】
すなわち、従来の内部短絡安全性評価法である釘刺し試験法においては、市場において起こりうる内部短絡に対する安全性の一部分しか評価できていないと言うことが分かる。
【００１０】
また、釘刺し試験と並び、内部短絡評価法として用いられている圧壊試験法においても、圧壊試験時の短絡挙動の解析から、一度に複数の点が短絡していることがあきらかとなり、市場において起こりうる、特に異物混入等に起因する内部短絡に対する安全性を正確には評価できていない。
【００１１】
これらのことより、電池内部の任意の場所で短絡試験を行い、電池の内部短絡安全性を総合的に評価するための評価手法、評価装置及び電池の安全性レベルの特定が切望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、正極板及び負極板をセパレータを介して巻回もしくは積層した電極群と、前記電極群を覆う外装体とからなる電池の内部短絡評価法であって、前記外装体もしくは、前記電極群の一部を外層側より加工子を用いて切断し、前記切断された極板の内層側にある正極板と負極板とを、加圧子を用いて短絡させ、電池の安全性を評価することを特徴とする電池の内部短絡評価方法である。
【００１３】
正極板及び負極板をセパレータを介して巻回もしくは積層した電極群と、前記電極群を覆う外装体とからなる電池の内部短絡評価法であって、前記外装体もしくは、前記電極群の一部を外層側より加工子を用いて切断し、前記切断された極板を除去した後に、前記切断された極板の内層側にある正極板と負極板とを、加圧子を用いて短絡させ、電池の安全性を評価することを特徴とする電池の内部短絡評価方法である。
【００１４】
正極板及び負極板をセパレータを介して巻回もしくは積層した電極群と、前記電極群を覆う外装体とからなる電池の内部短絡評価法であって、前記外装体もしくは、前記電極群に外層側より加工子を用いて穴を形成し、その後、前記電極群に形成した穴の内層側の前記正極板と前記負極板とを加圧子を用いて短絡させ、電池の安全性を評価することを特徴とする電池の内部短絡評価方法である。
【００１５】
また、前記短絡は、前記電池を分解して外装体から電極群を取り出した後に行うことが好ましい。これにより、正確に電極群の目的の箇所で内部短絡試験を実施することが出来る。
【００１６】
さらには、前記加工子による加工は、前記加工子を振動させて行うことをが好ましい。振動を加えることにより切断面のバリや裂けを抑制し、正確な加工を実施することが出来る。
【００１７】
また、前記加工子を回転させて前記加工を行うことが好ましい、切断面や掘削面のバリやタレを抑制し、正確な加工を実施することが出来る。
前記加工子の先端加工部が、鋭利な突起形状、鋭利な刃先形状もしくは砥石状の表面形状を有すること好ましい、これにより切断面のバリや裂けを抑制し、正確な加工を実施することが出来る。
【００１８】
前記加圧子の先端加圧部が、鋭利な突起形状もしくは、鋭利な刃先形状を有し、前記加圧部を押し込むもしくは刺し込むことによって前記正極板と前記負極板とを短絡させることが好ましい。
【００１９】
また、この内部短絡評価方法によって、内部短絡に関する安全レベルが特定された製造法に於いて電池を製造することが好ましい。同じ製造方法に於いて電池を製造することにより、内部短絡安全性レベルを同様に保証することができる。
【００２０】
さらに、この内部短絡評価方法によって、内部短絡に関する安全レベルが特定された製造法に於いて電池パックを製造することが好ましい。同じ製造方法に於いて電池パックを製造することにより、内部短絡安全性レベルを同様に保証することができる。
【００２１】
前述の製造方法によって製造された電池であることが好ましい。これにより電池の内部短絡安全性レベルを同様に保証することができる。
【００２２】
前述の製造方法によって製造された電池パックであることが好ましい。これにより電池パックの内部短絡安全性レベルを同様に保証することができる。
【００２３】
正極板及び負極板をセパレータを介して巻回もしくは積層した電極群と、前記電極群を覆う外装体とからなる電池の内部短絡評価装置であって、加圧部、加圧制御部、電池情報測定部、少なくとも１つの短絡検知部、少なくとも１つの制御部を有し、前記短絡検知部は内部短絡によって生じる電池情報の変化を検知して基準値と比較して内部短絡と判断して信号を発信することができるものであり、前記制御部は前記短絡検知部の少なくとも一つから信号を受けて命令を発信する発信部と命令を受ける受信部とを有することを特徴とする電池内部短絡評価装置である。
【００２４】
また、この内部短絡評価装置によって、内部短絡に関する安全レベルが特定された製造法に於いて電池を製造することが好ましい。同じ製造方法に於いて電池を製造することにより、内部短絡安全性レベルを同様に保証することができる。
【００２５】
また、この内部短絡評価装置によって、内部短絡に関する安全レベルが特定された製造法に於いて電池パックを製造することが好ましい。同じ製造方法に於いて電池パックを製造することにより、内部短絡安全性レベルを同様に保証することができる。
【００２６】
前述の製造方法によって製造された電池であることが好ましい。これにより電池の内部短絡安全性レベルを同様に保証することができる。
【００２７】
前述の製造方法によって製造された電池パックであることが好ましい。これにより電池パックの内部短絡安全性レベルを同様に保証することができる。
【発明の効果】
【００２８】
電池の内部短絡を電池内の任意の点を短絡させる評価法を用いることによって、安全性の異なる電池の各部位に於いて内部短絡試験を実施し、市場にて起こりうる種々の内部短絡時の安全性を正確に評価し特定することで、ユーザーが安全のレベルを認知することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
本発明における電池の内部短絡時の安全性評価方法は、安全性の異なる電池内の任意の点
を短絡させることが可能となるものである。
【００３０】
従来の内部短絡試験法である釘刺し試験は、電池の最外周部から順番に短絡が発生するため、その評価結果は低い短絡抵抗を有する最外周部の短絡点に大きく影響される。そのため、異なる短絡抵抗を有する電池の内周部での安全性が正確に評価できていない。市場で起こり得る内部短絡は、必ずしも最外周部のような低い抵抗値の短絡ばかりでは無いため、釘刺し試験だけでは、市場で起こりうる内部短絡に対するあらゆる安全性を評価できていない。
【００３１】
さらには、電池の安全性が明確にされていないために、電池のユーザーは常に電池の安全性に不安を感じながら使用せねばならず、電池の安全性レベルの明確化が切望されていた。
【００３２】
それに対して、本発明のように電池内の任意の点を短絡させることが可能な内部短絡評価法を用いることによって、電池の構成にとらわれることなく、内部短絡に対する安全性を正しく評価することができる。
【００３３】
さらには、前記内部短絡評価法において得られた電池の安全性レベルを特定することにより、最適な使用用途や、アプリ設計を行うことが出来るようになる。
【００３４】
安全性レベルの特定方法としては、商品カタログに明示したり電池または電池パックに表記する方法などが挙げられる。
【００３５】
電池内の任意の点を短絡させることが可能な評価方法としては、任意の点よりも外周側に存在する電池の外装体や電極群の電極を、切断除去し、任意の点とした電極群の一部を露出させる。前記露出部に、加圧子を押しつけるもしくは刺し込むことによって、加圧子の先端近傍にある前記正極板と前記負極板とを短絡させる。これにより、電池内の任意の点を短絡させることが可能であるものである。
【００３６】
電極群の任意の点を露出させるために、任意の点よりも外周側に存在する電池の外装体や電極群の電極を切断除去する工程に於いて、その後の内部短絡試験で実施する継続した短絡を発生させないように、電池温度が上昇しない程度の瞬間的な短絡のみで加工することが最も重要であり、これにより初めて電極群の任意の点のみを短絡させることが可能となる。
【００３７】
従来の釘刺し試験では、任意の点よりも外周側に存在する電池の外装体や電極群の電極を切断除去しないまま試験を実施していたために、外周側で発生した短絡に影響され任意の点に於ける正確な短絡抵抗を実現することが出来なかった。
また、任意の点よりも外周側に存在する電池の外装体や電極群の電極は、切断することによって電気的に絶縁されるため、除去を行わないまま、加圧子を刺し込んで任意の点のみを短絡させることも可能である。
【００３８】
さらには、任意の点まで継続した短絡を起こすことなく電池の外装体や電極群の電極に穴を形成し、この穴に加圧子を刺し込んで任意の点のみを短絡させることも可能である。その場合、加工子で穴を形成した後に、同じ加工子で加圧して任意の点を短絡させても良い。
【００３９】
以上述べた内部短絡評価法において、電池の電極群を外装体より摘出してから評価を行うことが好ましい。これにより、電極群の一部を露出させ、もしくは電極群の極板の一部を絶縁化させ、もしくは電極群に穴を形成させる加工に於いて、継続した短絡を起こす可
能性を確実に低下させることが出来る。
【００４０】
また、電極群の一部を継続した短絡を起こすことなく、電極群の一部を露出させ、もしくは電極群の極板の一部を絶縁化させ、もしくは電極群に穴を形成させる加工を、振動、もしくは回転、もしくは回転させながら振動する加工子を用いることが好ましい。極板の切断時には必ず正極と負極間での短絡が発生してしまうが、加工子に非常に速い、たとえば１０ｋＨｚ以上の超音波の振動数近傍以上の振動を加えることにより、一度発生した短絡が即座に開放されるためである。このように、加工子に非常に速い振動もしくは回転を加えながら極板を切断することで、これらの加工時に於いて継続した短絡を起こす可能性を確実に低下させることが可能となる。
【００４１】
さらに、継続した短絡を抑制する方法としては、加工子の先端加工部を、鋭利な突起もしくは、鋭利な刃先にすることが好ましい。これにより、短絡点に圧力を加えることなく切断することが出来るためである。切断点に過度の圧力を加えると、振動を加えていても短絡点が開放されるための空間が無くなり、短絡点の開放が困難となるためである。
同様に、砥石状の表面を有する加工部で、外装部や極板を圧力をかけずに削りだしてゆくことも可能である。これにより、加工時に於いて継続した短絡を起こす可能性を確実に低下させることが出来る。
【００４２】
また、加工子の材質として、鉄、ニッケル、ステンレス鋼のような金属やセラミック、樹脂、ダイヤモンドのような不導体もしくは、前記不導体で表面を被覆した構造を有している加工子を用いることが出来る。加工子が金属の場合、加工子の命数を長くすることが出来る。また、加工子を不導体化することにより、前記加工時に於いて継続した短絡を起こす可能性を確実に低下させることが出来る。
【００４３】
一方、実際の短絡を発生させるための加圧子に関しては、鋭利な突起もしくは、鋭利な刃先を有する加圧子が好ましい。これにより、加圧子の先端近傍にある正極板と負極板との短絡を確実に実施することが出来る。
【００４４】
加圧子の材質として、鉄、ニッケル、ステンレス鋼のような金属や、絶縁性セラミックや樹脂のような不導体、もしくは半導体や導電剤入り樹脂などの高抵抗材料を用いたり、前記高抵抗材料で表面を被覆した構造を有している加工子を用いることが出来る。
【００４５】
加圧子が金属の場合、加圧子の命数を長くすることが出来る。また、加圧子に高抵抗材料を用いることにより、短絡点の抵抗を制御することが出来る。
【００４６】
さらに、短絡を発生させるために加圧子を押し込む際には、電池の電圧を計測しておき、内部短絡に伴う電池電圧の低下が生じた際にプレスを停止することが好ましい。こうすることによって、内部短絡の発生箇所を局所に限定することが可能となる。短絡面積が変化すると発生する発熱量にばらつきが生じ、内部短絡に対する安全性の評価精度が低下する。
【００４７】
さらには、加圧子を振動させる振動発生装置と、加圧子を回転させる回転機構を有し、振動や回転を制御する制御器とをさらに有することが好ましい。これにより、短絡を発生させたくない加工時には振動や回転を加工子に発生させておき、加工完了後、内部短絡を発生させる折には、振動や回転を停止することによって加工子をそのまま加圧子として使用することが可能となる。
【００４８】
次に、上述のような電池の任意の箇所において短絡を発生させることが可能な、電池の内部短絡に対する安全性を評価する評価装置について、以下に具体的なブロック図を参照
して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００４９】
図１に本発明の電池評価装置ブロック図の一例を示す。１は電池、２は加圧部、３は加圧制御部、４は短絡検出部、５は電池情報測定部、６は加圧部高さ位置検出部、７は超音波発生部、８は超音波制御部、９は加工部、１０は加工制御部、１１はモータ、１２はモータ制御部である。
【００５０】
加工部９は、短絡を発生させたい任意の点を露出させる等の加工を電池に行うために設けられたものである。加工部の先端にカッター、釘などを設置し、処理を施す試験電池に向かって駆動させ加工する。これにより、例えばカッターを設置した場合には電池をカッター先端で切断すことにより、電極等の切断を行うことができる。
【００５１】
超音波発生装置７は、９の加工部に超音波を発生させるものである。評価開始時にまず、超音波制御部８が超音波発生部７を作動させ、加工部９に超音波を発生させる。つぎに加圧制御部３が、加圧部高さ位置検出部６の信号を受けながら所定の深度まで加工部９を降下させ、継続した短絡を発生させることなく加工部９を電池内に挿入させる。その後に、電池を加工部９から加圧部２へ移動させて、もしくは、加工部９の位置を移動させ、加工した部位へ加圧部２がくるように移動させ、加圧部２をさらに降下させて、電池１に内部短絡を発生させる。
【００５２】
加工部９と加圧部２とが異なる治具を用いる場合は、前記したように電池１もしくは治具を移動させて加工と加圧を別々の治具で行うが、加工と加圧を同一の治具で行う場合は、加工終了後、加工部の振動停止し、電池１もしくは加工治具を移動させることなく加工治具をそのまま加圧治具として押し込むことも可能である。
【００５３】
また加圧部２が試験電池に対して与えられる加圧条件としては、加圧速度０．１mm/s〜１８０mm/s、圧力５０ｋｇ／ｃｍ以下であることが電池内部にて有効に短絡部を発生させる上で好ましい。
【００５４】
また加圧部に用いられる加圧機は上記試験を行うことができるものであればどのようなものでもよいが、例えばサーボモータを用いたスクリュー式、ポストガイドスクリュー式、フリコ式、テコ式、クランク式、メカニカルプレス式、油圧プレス式、エアープレス式などの加圧装置が用いられる。
【００５５】
短絡検出部４は試験電池から得られる情報の変化を検知して基準値と比較して内部短絡であることを判断し、加圧制御部へ信号を発信することができる回路のことである。
【００５６】
試験電池から得られる情報としては、電池電圧、電池温度、電池内部圧力などが挙げられる。特に電池電圧は内部短絡時に敏感に変化するため特に好ましい。短絡検出部４は電池情報測定部５からの電池情報を受け、短絡による電池情報の変化が生じた際に、短絡が発生したと判断し、加圧制御部３に信号を送る。加圧制御部３はその信号を受けて加圧を停止し、評価が終了する。なお信号の発信は内部短絡が発生した時点に対して任意に発信されるものであり、信号を直後に発信するほか、タイマーを用いて任意の時間を遅らせて発信してもよい。または、加圧部高さ位置検出部６から、加圧部２の位置情報を受け、短絡が発生したと判断してから一定深度に達するまで加圧を続けた後に加圧部２を停止させてもよい。
【００５７】
この一連の短絡評価法を用いたときの電池の安全性の評価基準としては、熱電対、サーモビュアーなどを用いて電池の温度上昇量で評価してもよいし、熱量計等で発生する熱量
そのものを測定してもよい。
【００５８】
以上から、本発明の電池内部短絡評価装置を用いることで電池の内部短絡に対する安全性を正確に評価することができるものである。
【００５９】
なお、上述した本発明の電池評価装置は特定の電池種に限定されるものではなく、たとえばマンガン乾電池、アルカリ乾電池、リチウム一次電池のような一次電池、また鉛蓄電池 やニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル-水素電池、リチウム二次電池などの二次電池への適用が可能である。
【実施例１】
【００６０】
以下に、本発明の電池の内部短絡評価方法を実施例に基づいて具体的に説明する。
【００６１】
＜電池の作製＞
内部短絡に対する安全性を評価する電池として、以下に示すような円筒型リチウム二次電池を作製した。
【００６２】
（ｉ）正極の作製
正極活物質であるメディアン径１５μｍのニッケルマンガンコバルトリチウム酸化物（ＬｉＮｉ1/3Ｍｎ1/3Ｃｏ1/3Ｏ2）粉末３ｋｇと、結着剤であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を１２重量％含むＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶液（呉羽化学工業株式会社製の＃１３２０（商品名））１ｋｇと、導電剤であるアセチレンブラック９０ｇと、分散媒である適量のＮＭＰとを、双腕式練合機で攪拌し、正極合剤ペーストを調製した。正極合剤ペーストを、厚み２０μｍのアルミニウム箔からなる帯状の正極集電体の両面に塗布した。塗布された正極合剤ペーストを乾燥させ、圧延ロールで活物質形成部の厚さが１８０μｍになるように圧延し、正極活物質層を形成した。得られた極板を、直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍ、内径１７.８５ｍｍの円筒型の電槽缶に挿入可能な幅（５６ｍｍ）に裁断して、正極を得た。
【００６３】
なお、電極群の最内周部にあたる部分に集電体露出部を設け、アルミニウムからなるリードを溶接した。また、電極群の最外周部にあたる部分に集電体の露出部を約1周分設けた。
【００６４】
（ｉｉ）負極の作製
負極活物質であるメディアン径２０μｍの人造黒鉛粉末３ｋｇと、結着剤である変性スチレンブタジエンゴム粒子を４０重量％含む水分散液（日本ゼオン株式会社製のＢＭ−４００Ｂ（商品名））７５ｇと、増粘剤であるカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）３０ｇと、分散媒である適量の水とを、双腕式練合機で攪拌し、負極合剤ペーストを調製した。負極合剤ペーストを、厚み２０μｍの銅箔からなる帯状の負極集電体の両面に塗布した。塗布された負極合剤ペーストを乾燥させ、圧延ロールで活物質形成部の厚さが１８０μｍになるように圧延し、負極活物質層を形成した。得られた極板を、電槽缶に挿入可能な幅（５７．５ｍｍ）に裁断して、負極を得た。なお、電極群の最外周部にあたる部分に正極板の集電体露出部に対面するように約１周分の長さの集電体露出部を設け、その端部にニッケルからなるリードを溶接した。このように作製した負極を負極板Ａとした。
【００６５】
また、特許文献２に開示されているセラミック多孔膜を負極活物質層の表面全体に形成した以外は負極板Ｂと同様にして作製して負極板Ｂとした。
【００６６】
（ｉｉｉ）電池の組み立て
正極と、負極とを、厚さ２０μｍのポリエチレン製の樹脂多孔膜（旭化成株式会社製の
ハイポア（商品名））を介して捲回し、電極群を作製した。ニッケルめっきを施した鉄製の直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍ、内径１７.８５ｍｍ、肉厚０．２ｍｍの円筒型の電槽缶を外装体として用いこの外装体に、電極群を挿入した後、非水電解質を５．０ｇ電槽缶内に注液し、電槽缶の開口を蓋体で封口して、容量２４００ｍＡｈのリチウム二次電池を完成させた。非水電解質には、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）との混合溶媒にＬｉＰＦ6を１モル／Ｌの濃度で溶解したものを用いた。混合溶媒におけるＥＣとＤＭＣとＥＭＣとの体積比は、１：１：１とした。非水電解質には３重量％のビニレンカーボネート（ＶＣ）を添加した。
【００６７】
以上のような手順で負極板Ａを用いた電池を電池Ａ、負極板Ｂを用いた電池を電池Ｂとして電池を作製し、以下の評価を行った。
【００６８】
まず、慣らし充放電を二度行い、次いで４００ｍＡの電流値で４．１Ｖに達するまで充電した。その後、４５℃環境下で７日間保存した。
【００６９】
その後、以下の条件で充電した電池を用いて各々の内部短絡試験法の評価を行った。
定電流充電：  電流値１５００ｍＡ／充電終止電圧４．２５Ｖ
定電圧充電：  充電電圧４．２５Ｖ／充電終止電流１００ｍＡ
（実施例１）
充電した電池Ａを用いて、先端を鋭利に加工した鉄製のカッターを用い、これに２０ｋＨｚの振動を与え、内部短絡試験前の加工を行った。加工時に用いたカッターは最大肉厚が０．５ｍｍのものを用いた。加工は、電池外装体表面より２ｍｍ深さまでの外装体及び電極群の正極板、負極板及びセパレータを切断し、切込み孔を形成した。
加工時には、継続した短絡を発生させない必要があるため、加工時での短絡の有無を確認する方法として、加工直後５秒以内での電池電圧を測定し、加工前の電圧との差を算出して短絡の有無を評価した。
【００７０】
さらに、前記の加工した電極群を用いて、内部短絡試験を実施した。試験は、６０℃の環境下に於いて、電池の電圧を測定しながら加圧を行い、４．１Ｖ以下の電圧を検知した場合に電池の内部短絡が発生したと見なして加圧子を停止した。加圧には、先端面出し加工を行ったカッターを加圧子として前記切り込み穴に射し込んで加圧を行った。このとき、加圧子には振動をかけずに行った。先端面出し加工は、図２に示すように加工時に用いた鋭利加工カッターの先端をサンドペーパーにより切削し、最大幅０．２ｍｍの面を先端部に形成することによって作成した。
【００７１】
加圧時には、短絡を発生させたい任意の点のみで短絡させる必要がある。そこで、短絡直後５秒以内での電池電圧を測定し、加圧前の電圧との差を算出して、電圧の降下した幅から、任意の点以外での短絡が発生していないかどうかを評価した。
加工及び加圧を実施し、評価した結果を表１に示す。
【００７２】
（実施例２）
充電した電池Ａをドライ環境で分解して取り出した電極群を用いた以外は、実施例１と同様の条件で加工及び加圧を行い、内部短絡試験を実施した。
【００７３】
（実施例３）
内部短絡試験前の加工として、実施例１の加工時に用いたものと同様のカッターを用い、同様の振動をかけて電極群の表面より２ｍｍ深さまでの正極板、負極板及びセパレータを５ｍｍ角の正方形に切断し、切断した正極板、負極板及びセパレータの除去を行った。
【００７４】
その後、内部短絡試験として、電極群の一部を切断除去することによって露出した極板
に先端面出し加工を行った鉄製の釘を突刺して試験を実施した。先端面出し加工は、図２に示すように鋭利加工釘の先端をサンドペーパーにより切削し、最大幅０．２ｍｍの面を先端部に形成することによって作成した。加圧子には振動をかけずに試験を行った。
【００７５】
（実施例４）
内部短絡試験前の加工として、電極群の表面より２ｍｍ深さまでの正極板、負極板及びセパレータを５ｍｍ角の正方形に切断し、切断した正極板、負極板及びセパレータの除去を行わずに、内部短絡試験を実施した以外は、実施例３と同様の方法において試験を実施した。
【００７６】
（実施例５）
内部短絡試験前の加工として、電極群の表面より４ｍｍ深さまでの正極板、負極板及びセパレータを切断し、切込み孔を形成した以外は、実施例２と同様の方法で、加工及び加圧を行い、内部短絡試験を実施した。
【００７７】
（実施例６）
内部短絡試験前の加工として、電極群の表面より６ｍｍ深さまでの正極板、負極板及びセパレータを切断し、切込み孔を形成した以外は、実施例２と同様の方法で、加工及び加圧を行い、内部短絡試験を実施した。
【００７８】
（実施例７）
内部短絡試験前の加工として、セラミック製のカッターを用いた以外は、実施例２と同様の方法で、加工及び加圧を行い、内部短絡試験を実施した。
【００７９】
（実施例８）
内部短絡試験前の加工として、先端を鋭利に加工した鉄製の釘に振動を加えたものを用いて電極群の表面より２ｍｍ深さまでの正極板、負極板及びセパレータを貫通し、刺し込み孔を形成した。その後、実施例３と同様に先端面出し加工を行った鉄製の釘を前記刺し込み穴に突刺して内部短絡試験を実施した。
【００８０】
（実施例９）
内部短絡試験前の加工として、先端面出し加工した鉄製の釘を用い、また前記加工で用いた釘を振動を停止した状態にして加圧子として用いて加圧した以外は実施例８と同様の方法で加工を行い内部短絡試験を行った。
【００８１】
（実施例１０）
加圧子の釘の材質としてセラミックを用いた以外は、実施例８と同様の加工及び加圧を行い、内部短絡試験を行った。
【００８２】
（実施例１１）
加工子の材質として鉄製の釘に絶縁としてセラミックコートを行った以外は、実施例８と同様の加工及び加圧を行い、内部短絡試験を行った。
【００８３】
（実施例１２）
加工子として、工具鋼の表面にダイヤモンド微粒子をまぶした直径３ｍｍの円柱形の砥石を用いて、前記砥石を３０００ｒｐｍで回転させ、電極群の表面より２ｍｍ深さまで正極板、負極板及びセパレータを削りだし、掘削孔を形成した。その後、砥石の回転を停止し、前記砥石を電極群に押しつけることで掘削穴底部の電極を加圧し、内部短絡試験を行った。
【００８４】
（実施例１３）
加工子として用いた砥石に、回転に加え２０ｋＨｚの振動を加えた以外は、実施例１２と同様の方法で加工及び加圧を行い、内部短絡試験を行った。
【００８５】
（実施例１４）
加工子として、工具鋼で作製した最大直径３ｍｍのエンドミルを用いて、前記エンドミルを３０００ｒｐｍで回転及び２０ｋＨｚで振動させ、電極群の表面より２ｍｍ深さまで正極板、負極板及びセパレータを削りだし、掘削孔を形成した。その後、エンドミルの回転を停止し、前記砥石を電極群に押しつけることで掘削穴底部の電極を加圧し、内部短絡試験を行った。
【００８６】
（実施例１５）
加工子として、工具鋼で作製した最大直径３ｍｍのホールソーを用いて、前記ホールソーを３０００ｒｐｍで回転及び２０ｋＨｚで振動させ、電極群の表面より２ｍｍ深さまで正極板、負極板及びセパレータを削りだし、掘削孔を形成した。その後、ホールソーの回転を停止し、前記ホールソーを電極群に押しつけることで掘削穴底部の電極を加圧し、内部短絡試験を行った。
【００８７】
（実施例１６）
加工子に振動を加えなかった以外は、実施例２と同様の加工及び加圧を行い内部短絡試験を行った。
【００８８】
（実施例１７）
加工子に振動を加えなかった以外は、実施例８と同様の加工及び加圧を行い内部短絡試験を行った。
【００８９】
（実施例１８）
加工子に振動を加えなかった以外は、実施例７と同様の加工及び加圧を行い内部短絡試験を行った。
【００９０】
（比較例１）
加工を行わずに、径３ｍｍの釘を用いて電池Ａの釘刺しとして、文献１に開示されているものと同様の試験を行った。釘の先端を観察すると、面出し釘と同様に０．２ｍｍ以上の平面が存在していた。
【００９１】
（比較例２）
充電した電池Ａをドライ環境で分解して取り出した電極群を用いた以外は、比較例１と同様の条件で釘刺しを行い、内部短絡試験を実施した。
【００９２】
【表１】
2008192497.tif 000003
【００９３】
実施例１、２では、外装体の有無を確認しているが、いずれも電圧の低下はほとんど確認されなかったが、実施例１の外装体の外側からの加工の方が僅かに電圧低下が大きい。これにより、加工は外装体より電極群を取り出してから行う方が好ましい。
また、実施例２と比較例１６、実施例８と比較例１７、実施例７と比較例１８の比較より、加工子に振動を加えることにより電圧低下を僅かに抑制している。これにより、加工時には加工子に振動を加えることが好ましい。
【００９４】
実施例３から６より、加工時の切断長さが長くなると電圧低下が増加する傾向にあるが、いずれも継続した短絡は発生しなかった。これより、任意の位置や深さで内部短絡試験を行うことが出来ることが分かる。
【００９５】
実施例７では、加工子を絶縁化しているが、これにより電圧の降下が改善する方向であることが分かる。
【００９６】
実施例９では、加工子として鋭利でない釘を用いているが、振動を加えることにより加工を行うことが出来ることが分かる。また、振動を停止することでそのまま加圧子として用いることが出来、試験の手順を簡易にすることが出来る。
【００９７】
実施例１０、１１では、加圧子を絶縁化しているが、これにより内部短絡時の圧の降下が改善する方向であることが分かる。加圧子を経由する電流が存在しており、加圧子の導電性の影響を無くしたい場合には絶縁化することが好ましい。
【００９８】
実施例１２から実施例１５まで、加工子に回転を与えることによって、継続した短絡を抑制できることを確認した。さらに実施例１３から実施例１５までは、回転に振動も併せることによりさらに電圧の低下を抑制できることを確認した。加工子への回転及び振動を加えることによる継続した短絡を抑制する効果が有り好ましい。
【００９９】
さらには、実施例１６から実施例１８までは、加工子に振動及び回転を与えていないが、加工子が鋭利であれば、加工を実施することが可能であると確認できる。
【０１００】
前述の実施例１から１８で行った内部短絡試験において、低下した電圧幅はいずれも２．０から２．１Ｖであり、最外周の芯材同士が短絡したときの電圧低下である２．７Ｖと異なる。このことから、加工を行った後の、加圧による電圧低下は、極板の合剤間での短絡による電圧低下幅となっており、目的の場所で内部短絡試験が実施できていることを示している。
【０１０１】
これに対し、比較例１、２では、通常の釘刺し試験を行っているため、目的外の部分の短絡、ここでは、任意の点の外周側に存在する正極と負極の芯材露出部同士の金属間短絡が発生しているために、短絡抵抗が低く電圧の低下幅が２．７Ｖ以上となっていることが確認できる。
【０１０２】
〈安全レベルの特定〉
電池Ａで行った実施例２２の試験法と同様の試験法に於いて電池Ｂにおいても試験を行った。この結果、加圧後の電圧低下は、０．０５Ｖとなった。電池Ｂでは、負極の表面にセラミック多孔膜を用いることに於いて、内部短絡の安全性を向上している。これは、内部短絡が発生しても耐熱性の絶縁膜の存在によって即座に短絡点が焼失し、絶縁が復帰するためである。このため、短絡点にはほとんど短絡電流に伴うジュール発熱が発生しないため、電池の安全性レベルが格段に向上されている。
【０１０３】
このように、本発明の試験法を用いることに於いて、電池の内部短絡による安全性レベルを明確にすることが出来た。そこで、電池の最適な使用用途や、アプリケーション機器の設計を行うことを目的とし、下記のような表記を、電池、電池パック、もしくは電池の特性を明確にするカタログなどにに表記することによって電池や電池パックの安全レベルを特定した。
【０１０４】
電池Ａ  「Ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｓｈｏｒｔ  ｃｉｒｃｕｉｔ    ６０℃  ２．１Ｖ」
電池Ｂ  「Ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｓｈｏｒｔ  ｃｉｒｃｕｉｔ    ６０℃  ０．０５Ｖ」
安全レベルの特定は、上記表現方法に限られるものではなく、様々な形態が存在する。
【０１０５】
たとえば前記した試験の条件や結果を表した数字以外にも、あらかじめ決められた規格に従う記号や文字でも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明の電池の内部短絡評価方法及び電池内部短絡評価装置を用いることで、内部短絡に対する安全性を精度よく、評価することが可能であるため、信頼性の高い電池を供給でき、市場でも安全レベルを認知することが出来有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の一実施の形態の電池の内部短絡評価装置のブロック図
【図２】実施例で用いた加圧子の先端を示す模式図
【符号の説明】
【０１０８】
１    電池
２    加圧部
３    加圧制御部
４    短絡検出部
５    電池情報測定部
６    加圧部高さ位置検出部
７    超音波発生装置
８    超音波制御部
９    加工部
１０    加工制御部
１１    モータ
１２    モータ制御部
２１    加圧子
２２    先端面出し加工によって切削された部分
【図１】
2008192497.tif 000004
【図２】
2008192497.tif 000005