(57)【要約】【課題】リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタなどの充放電における電極の体積膨張および収縮現象を、電池等に組み込む前に電極材料の製造時に、その場で定量的に測定できる装置を提供すること。【解決手段】電解液を収納し電極を浸漬するセル部と、該電極に直接接触し充放電時の電極体積の変位を測定する変位測定端子と、測定雰囲気を不活性に保つシール部と、体積変位測定部とセル部の位置を固定する架台部とを有する変位測定器本体と、該変位測定器本体からの信号を処理するデータ処理部とから構成されていることを特徴とする電極の充放電時の膨張率測定装置。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液を収納し電極を浸漬するセル部と、該電極に直接接触し充放電時の電極体積の変位を測定する変位測定端子と、測定雰囲気を不活性に保つシール部と、体積変位測定部とセル部の位置を固定する架台部とを有する変位測定器本体と、該変位測定器本体からの信号を処理するデータ処理部とから構成されていることを特徴とする電極の充放電時の膨張率測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタなどの充放電における電極の体積膨張および収縮現象をその場で定量的に測定することができる膨張率測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のＩＴ化の発達により、各種携帯機器の技術革新が著しい。これら携帯機器の発達は、その使用するエネルギーの増加を伴っており、ニッケル水素やリチウムイオンなどを利用する二次電池、および電気二重層を用いたキャパシタなど、電気エネルギー供給部材に対してより高密度化が要求されている。
【０００３】
各種電池などにおいて、限られた容積で高エネルギー密度を達成するために、電池の構成材料（例えば、電極）そのもの、あるいは電池などのパッケージ技術で種々検討が重ねられているが、電極自体が充放電によりどれだけ体積変化するかが重要な問題となっており、電極材料の改良のためには、充放電と同時に生じる電極の膨張・収縮挙動を定量的に評価できる装置が必要となる。
【０００４】
しかしながら、従来技術では、電極の体積膨張などに関し、電池などの内圧変化からの間接情報や充放電後の電極の体積変化の測定による以外に適当な方法が知られていない。
従って本発明の目的は、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタなどの充放電時における電極の体積膨張および収縮現象を、電池などに組み込む前の電極材料の製造時に、その場で定量的に測定できる装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は以下の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、電解液を収納し電極を浸漬するセル部と、該電極に直接接触し充放電時の電極体積の変位を測定する変位測定端子と、測定雰囲気を不活性に保つシール部と、体積変位測定部とセル部の位置を固定する架台部とを有する変位測定器本体と、該変位測定器本体からの信号を処理するデータ処理部とから構成されていることを特徴とする電極の充放電時の膨張率測定装置を提供する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に好ましい実施の形態を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、これらの実施の形態およびその考察の当否によって本発明は何ら制限されるものではない。
本発明の装置において、被検体である電極を電解液に浸漬するセル部は、電気絶縁性、セル内を不活性雰囲気に保つ気密構造、および測定端子を電極に直接接触することができる導入部を有していれば、その形状および材質は特に規定されるものではないが、例えば、ガラス製ビーカーセルや絶縁機構付ステンレスセルなどが好適に用いられる。
【０００７】
また、電池などの充放電時の電極の体積変位を測定する変位測定端子は、電極の膨張および収縮現象を正確に反映できる剛性および電解液に対する耐薬品性、かつ自重による電極の膨張の抑制を起こさせない程度の軽量である必要があることから、ＣＦＲＰロッド、あるいはポリテトラフルオロエチレン被覆アルミロッドなどが好適に用いられる。
【０００８】
測定雰囲気を不活性に保つシール部は、化学実験の撹拌操作において一般的に用いられるシール機構をそのまま転用することができる。変位測定部とセル部の位置を固定する架台部は、充分な剛性、水平調整機構、セル固定部、変位測定器固定部およびその調整機構をもつことが必要とされる。これらの特性を満たすものとして、小型材料試験機の可動アーム部に変位測定器を取り付けた形状が好適に用いられる。
【０００９】
また、変位測定器は、リニアエンコーダ、作動トランス、マイクロメータ、歪ゲージなどの電極の変位を電気信号に変換できるものであれば、いずれも用いることができるが、測定範囲および精度の点から、作動トランスを用いるのが好ましい。
【００１０】
変位測定器本体からの信号を処理するデータ処理部は、アンプ、Ａ／Ｄ変換機構、データ処理演算機構を有することが必要であり、市販のＡＤ変換機および信号処理ソフトを有するパソコンが使用できる。
【００１１】
【実施例】
次に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実施例）
図１に本発明の電極の膨張率測定装置の全体構成を示す。本発明の装置は、変位測定装置本体、および信号アンプ部、およびデータ収集／処理パソコンなどを有するデータ処理部およびそれらを繋ぐケーブルよりなる。
【００１２】
図２に、本発明の膨張率測定装置本体を示す。電極を入れるセル部は、ガラスビーカーセルを用いた。本セルは中央すり合わせで上下に分割でき、電極および電解液の出し入れを行うことができる。また、セル上部にポリテトラフルオロエチレン製ガスシール部を設けている。セルに導入する変位測定端子は軽量のポリテトラフルオロエチレン被覆アルミロッドを用いた。
【００１３】
セル部は、本体架台下部に固定され、その直上に変位測定器として作動トランスを固定する変位測定器取付アームを有している。このアームを調整することにより、電極の充放電前に変位測定端子と変位測定器が接触されるように固定することができる。さらに充放電時には、変位測定器により得られた変位信号はアンプ部で増幅され、データ処理パソコンへ送られる。
【００１４】
これら一連のシステムにより充放電における電極の膨張率が測定可能となった。図３に、本装置を用いた電気二重層キャパシタ用電極の充放電における膨張・収縮測定例を示す。縦軸は電極の膨張率（％）および電圧（Ｖ）を示し、横軸は測定時間を示している。図３において曲線Ａは膨張率を示し、曲線Ｂは電圧を示す。図３に示すように電解液中における電極は、その充放電時に体積の膨張および収縮を繰り返すこと、および最大体積膨張率が容易に測定できることから、これらのデータを用いることによって、各種電池やキャパシタの設計が容易になり、製品の不良品発生率を著しく低下させることができる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタなどの充放電時における電極の体積膨張および収縮現象を、電池などに組み込む前の電極材料の製造時に、その場で定量的に測定できる装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】膨張率測定装置全体構成図。
【図２】膨張率測定装置本体図。
【図３】電気二重層キャパシタの充放電時の電極体積の膨張収縮測定例。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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