(57)【要約】【課題】非水電解質電池内部の非水電解液の状態をモニタし、不良を発見できる非水電解質電池の性能検査手段およびその性能検査方法を提供する。さらには、非水電解液の注液の状態をモニタして、電池特性を低下させずに、非水電解液の注液時間を短縮できる非水電解液の注液装置を提供する。【解決手段】非水電解質電池の性能検査手段は、非水電解質電池のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段（交流インピーダンス測定装置２２）を具備する。非水電解質電池の性能検査方法は、非水電解質電池のインピーダンスを測定し、インピーダンスの測定値が基準値以下のものを良品と判定する。非水電解液の注液装置２０は、上述した非水電解質電池の性能検査手段を具備する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非水電解質電池のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段を具備することを特徴とする非水電解質電池の性能検査手段。
【請求項２】
請求項１に記載の非水電解質電池の性能検査手段を具備することを特徴とする非水電解液の注液装置。
【請求項３】
非水電解質電池を加熱する加熱手段及び加熱手段の温度を調節する温度調節手段を具備することを特徴とする請求項２に記載の非水電解液の注液装置。
【請求項４】
非水電解質電池のインピーダンスを測定し、インピーダンスの測定値が基準値以下のものを良品と判定することを特徴とする非水電解質電池の性能検査方法。
【請求項５】
非水電解質電池のインピーダンスを測定しながら、非水電解質電池の電池ケース内に非水電解液を注液する工程と、インピーダンスの測定値が基準値以下に達したときに注液を終了する工程を有することを特徴とする非水電解質電池の製造方法。
【請求項６】
非水電解質電池を所定温度まで加熱する工程を有することを特徴とする請求項５に記載の非水電解質電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非水電解質電池の不良を発見する非水電解質電池の性能検査手段およびその性能検査方法に関する。さらには、非水電解質電池を製造する際に使用される非水電解液の注液装置ならびに非水電解質電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電力貯蔵の蓄電池や移動体の電源として、リチウム二次電池などの非水電解質電池が注目されている。リチウム二次電池としては、例えば、特許文献１に示すような、角型のものが例示される。
図２に、特許文献１に記載されたリチウム二次電池を示す。このリチウム二次電池１は、複数の正極電極２，２・・・と、負極電極３，３・・・と、正極電極２，２・・・と負極電極３，３・・・との間にそれぞれ配置されたセパレータ４，４・・・と、非水電解液とを主体として構成されている。
正極電極２，２・・・、負極電極３，３・・・およびセパレータ４，４・・・ならびに非水電解液は、ステンレス等からなる電池ケース５に収納されている。そして電池ケース５の開口部には封口体６が取り付けられている。
電池ケース５内においては、正極電極２，２・・・、セパレータ４，４・・・、負極電極３，３・・・が交互に複数重ね合わされて収納されている。
正極電極２，２・・・の一端には正極タブ１２ａ，１２ａ・・・が形成され、正極タブ１２ａ，１２ａ・・・の上部には正極タブ１２ａ，１２ａ・・・を連結する正極リード１２ｂが取り付けられている。
そして、正極リード１２ｂの上部には、封口体６を貫通する正極端子７が取り付けられている。
また、負極電極３，３・・・の一端には負極タブ１３ａ，１３ａ・・・が形成され、負極タブ１３ａ，１３ａ・・・の上部には負極タブ１３ａ，１３ａ・・・を連結する負極リード１３ｂが取り付けられている。
そして、負極リード１３ｂの上部には、封口体６を貫通する負極端子８が取り付けられている。
また、封口体６のほぼ中央に注液口９が設けられている。
【０００３】
上述したリチウム二次電池において、非水電解液とは、非水電解液溶媒に電解質塩であるリチウム塩を溶解したものである。非水電解液溶媒としては、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ビニレン、ベンゾニトリル、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、１，３−ジオキソラン、４−メチルジオキソラン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジオキサン、スルホラン、３−メチルスルホラン、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、エチルブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、ジイソプロピルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジエチレングリコール、ジメチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン等の非プロトン性溶媒、あるいはこれらの溶媒の二種以上を含む混合溶媒が使用される。
また、リチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ６ 、ＬｉＢＦ４ 、ＬｉＳｂＦ６ 、ＬｉＡｓＦ６ 、ＬｉＣｌＯ４ 、ＬｉＣＦ３ＳＯ３ 、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、ＬｉＳｂＦ６  、ＬｉＡｌＯ４ 、ＬｉＡｌＣｌ４  、ＬｉＮ（ＣｘＦ２ｘ＋１ＳＯ２）（ＣｙＦ２ｙ＋１ＳＯ２）（ただし、ｘ，ｙは自然数）、ＬｉＣｌ、ＬｉＩ等のうちの１種または２種以上のものが使用される。
【０００４】
このようなリチウム二次電池を製造する際には、正極電極２と負極電極３とセパレータ４とを積層するとともに、これらを電池ケース５内に収納する。次いで、電池ケース５内に非水電解液を注液する。ここで、非水電解液は十分な量注液されないと、電池特性は十分に発揮されない。
【０００５】
ところが、リチウム二次電池１の正極電極２、負極電極３およびセパレータ４は多孔質構造を形成している上に、正極電極２または負極電極３とセパレータ４との間の空隙が少なかった。しかも、非水電解液の粘度が比較的高いことから、正極電極２または負極電極３とセパレータ４との間に非水電解液を充填し、電池ケース５内部の空気を非水電解液で置換するとともに、正極電極２、負極電極３およびセパレータ４に非水電解液を十分含浸させるのに時間を要していた。さらに、電池ケース５内部の状態（例えば、気泡の残存状態など）をモニタする手段がなく、従来の注液装置での注液は、経験則に基づいた制御がなされていたため、最適な注液条件を見出して注液時間を短くすることが困難であった。また、電極材料の性状が変化した場合には、電極材料と電解液との濡れ性の変化により注液速度が変化するため、最適な注液条件を再び見出さなければならず、多くの時間を要していた。したがって、リチウム二次電池１の生産性は十分に高くなかった。
また、高粘度である非水電解液は脱泡されにくいため、発泡した場合には、リチウム二次電池１内部の抵抗値が高くなって、電池性能に不良を生じることがあった。しかしながら、従来の注液装置は、この不良を発見する手段を有しておらず、電池内部に気泡が残存することで，本来の電池性能を発現することが出来ず，不良品として処理される電池が多かった。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−０２５５４２号公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであり、非水電解質電池内部の非水電解液の状態をモニタし、電解液の充填不良を発見できる非水電解質電池の性能検査手段およびその性能検査方法を提供することを目的とする。さらには、非水電解液の注液の状態をモニタして、電池特性を低下させずに、非水電解液の注液時間を短縮できる非水電解液の注液装置および非水電解質電池の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の非水電解質電池の性能検査手段は、非水電解質電池のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段を具備することを特徴としている。インピーダンス測定手段によって、非水電解質電池のインピーダンスを測定することにより、非水電解質電池内の非水電解液の状態を把握できる。
【０００９】
本発明の非水電解液の注液装置は、上述した非水電解質電池の性能検査手段を具備することを特徴としている。非水電解液の注液装置がインピーダンス測定手段を具備していることにより、非水電解質電池内部の状態を把握しながら注液することができる。したがって、最適な注液条件を容易に見出すことができ、注液時間を短縮できる。
本発明の非水電解液の注液装置においては、非水電解質電池を加熱する加熱手段及び加熱手段の温度を調節する温度調節手段を具備することが好ましい。加熱手段及び温度調節手段を具備していれば、非水電解質電池内部に設けられた電極及びセパレータと非水電解液との濡れ性を向上させることができる。
【００１０】
本発明の非水電解質電池の性能検査方法は、非水電解質電池のインピーダンスを測定し、インピーダンスの測定値が基準値以下のものを良品と判定することを特徴としている。したがって、良品のみを容易に選別することができるので、本来の性能を発揮する非水電解質電池のみを使用することができる。また、使用中に生じた不良を容易に発見することもできる。
【００１１】
本発明の非水電解質電池の製造方法は、非水電解質電池のインピーダンスを測定しながら、非水電解質電池の電池ケース内に非水電解液を注液する工程と、インピーダンスの測定値が基準値以下に達したときに注液を終了する工程を有することを特徴としている。非水電解質電池のインピーダンスが、非水電解液の注液終了の指標になっており、注液終了のタイミングを容易に見極めることができるので、注液時間を短縮できる。その結果、電池性能を低下させることなく、非水電解質電池の生産性を向上させることができる。
本発明の非水電解質電池の製造方法においては、非水電解質電池を所定温度まで加熱する工程を有することが好ましい。非水電解質電池を加熱すれば、非水電解質電池内部に設けられた電極及びセパレータと非水電解液との濡れ性を向上させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態例）
本発明に係る第１の実施形態例について図１を参照して説明する。本実施形態例は、電池モジュール１５を構成する非水電解質電池であるリチウム二次電池１，１・・・を検査するリチウム二次電池の性能検査装置１６（非水電解質電池の性能検査手段）の例である。なお、リチウム二次電池の性能検査装置１６で検査されるリチウム二次電池１は、図２に示すものであり、従来の技術の欄で説明したものと同様であるから、説明を省略する。
このリチウム二次電池の性能検査装置１６は、インピーダンス測定手段である交流インピーダンス測定装置１７を具備しており、この交流インピーダンス測定装置１７には、リチウム二次電池の正極端子７および負極端子８が接続されている。
さらに、交流インピーダンス測定装置１７の測定周波数は、電気化学反応の反応抵抗の影響、イオンの拡散抵抗の影響等を排除できることから、１０ｋＨｚにされている。
【００１３】
このようなリチウム二次電池の性能検査装置１６によって、リチウム二次電池１のインピーダンスを測定し、その測定値を基準値と比較する。ここで、基準値とは、良品、不良品を判定するためのインピーダンスの値のことである。すなわち、インピーダンス測定値が基準値より低い場合には、非水電解液中の残留気泡量が少ないために、リチウム二次電池１内部の電気抵抗が小さくなっており、電池特性が良好になる。一方、インピーダンス測定値が基準値より高い場合には、非水電解液中の残留気泡量が多く、電気抵抗が大きくなっており、電池特性が良好にはならない。
【００１４】
上述したリチウム二次電池の性能検査装置１６では、リチウム二次電池１のインピーダンスを交流インピーダンス測定装置１７により測定することで、リチウム二次電池１の非水電解液の状態を把握している。したがって、使用前に、リチウム二次電池の性能検査装置１６によって不良と判定された場合では、不良品を良品と交換できるので、性能を十分に発揮するリチウム二次電池１のみを使用できる。
【００１５】
（第２の実施形態例）
次に、本発明に係る第２の実施形態例について図３および図４を参照して説明する。本実施形態例は、リチウム二次電池１の製造において、正極電極、負極電極、セパレータが収納された電池ケース５内に、非水電解液を注液する非水電解液の注液装置２０の例である。この非水電解液の注液装置２０は、リチウム二次電池１の注液口９に接続された注液ホッパ２１と、リチウム二次電池１のインピーダンスを測定する交流インピーダンス測定装置２２（インピーダンス測定手段）とを具備している。なお、本実施形態例においても、リチウム二次電池１は、図２に示したものが使用されている。
【００１６】
非水電解液の注液装置２０において、注液ホッパ２１には、非水電解液が貯められている供給槽２３が供給管２４を介して接続されているとともに、ポンプ２５が圧調整用配管２６を介して接続されている。さらに、供給管２４には、開閉弁である第１のバルブ２７が設けられており、圧調整用配管２６には、開閉弁である第２のバルブ２８が設けられている。
交流インピーダンス測定装置２２には、リチウム二次電池１の正極端子７および負極端子８が接続されている。この交流インピーダンス測定装置２２の測定周波数は１０ｋＨｚである。
電池ケース５には、電池ケースを加熱する加熱手段２９ａが取り付けられ、さらに加熱手段２９ａにはその温度を調節する温度調節手段２９ｂが接続されている。
【００１７】
このような非水電解液の注液装置２０では、インピーダンスを測定しながら、リチウム二次電池１の電池ケース５内に非水電解液を注液することができるので、電池ケース５内の非水電解液の状態（気泡の発生状況など）を把握できる。したがって、最適な注液条件を容易に見出すことができ、注液時間を短縮できる。
【００１８】
次に、上述した非水電解液の注液装置２０を用いたリチウム二次電池１の製造方法について説明する。この製造方法では、まず、非水電解液の注液の準備として、第１のバルブ２７を閉止するとともに、第２のバルブ２８を開放し、リチウム二次電池１の電池ケース５内をポンプ２５により真空減圧する。次いで、第１のバルブ２７を開放するとともに、第２のバルブ２８を閉止して、注液ホッパ２１内に非水電解液を供給槽２３から供給する。ここで、注液ホッパ２１内と電池ケース５内とは連通しており、電池ケース５内は真空にされているから、その圧力差によって注液ホッパ２１から電池ケース５内に非水電解液が供給される。その注液の際には、リチウム二次電池１の正極端子７および負極端子８と交流インピーダンス測定装置２２とを接続して、リチウム二次電池１のインピーダンスを測定する。また、温度調節手段２９ｂによって所定温度に調節された加熱手段２９ａによって電池ケース５を加熱する。
所定時間注液した後、第１のバルブ２７を閉止して、一旦注液を止める。このとき、図４に示すように、電池ケース内の非水電解液には注液の際に空気が巻き込まれて気泡３０，３０・・・が生成しているので、この気泡を脱泡させるために、第２のバルブ２８を開放し、ポンプ２５により電池ケース５内を、繰り返し加圧・減圧する。この加圧減圧と注液とを繰り返し、インピーダンス測定値が基準値に達したときに、注液を終了する。
なお、電池ケース５の内部は、図４に示すように、正極電極２とセパレータ４との間に、正極活物質３１と導電材３２と正極活物質３１，３１同士を結着する結着剤３３とが配置され、負極電極３とセパレータ４との間に、負極活物質３４と負極活物質３４，３４同士を結着する結着剤３５とが配置されている。
【００１９】
このようにインピーダンスを測定しながら、注液することにより、注液の状況をモニタできるので、注液を終了するタイミングを容易に見極めることができる。したがって、注液に要する時間を短くできると共に、基準値以下の電池性能を有する電池を生産する可能性が減少し、リチウム二次電池の生産性を向上させることができる。
また、加熱手段２９ａによりリチウム二次電池１を加熱すれば、多孔質構造を有している正極電極２、負極電極３、セパレータ４と、非水電解液との濡れ性を向上させることができ、結果的にインピーダンスを低くできる。
【００２０】
【実施例】
図３のリチウム二次電池の注液装置２０を用いて、リチウム二次電池の電池ケース５内に、リチウム塩を含む非水電解液を注液した。
図５に、非水電解液を注液したときのインピーダンスの変化をプロットしたグラフを示す。なお、グラフでは、電池ケース５内の真空引き開始時を０秒としてプロットした。
注液においては、はじめの４分半の間で電池ケース５内を真空にし、続いて、２５℃において非水電解液の注液を開始した。注液直後はインピーダンスが急激に低下した。所定時間達した後、ポンプ２５を用いた電池ケース５内の加圧・減圧による脱泡、非水電解液の注液を繰り返した。その際には、インピーダンスの低下が緩やかであった。そして、基準値である２０Ω・ｃｍ２（精度±０．２Ω・ｃｍ２）に達したときに注液を終了した。
このように、インピーダンスを測定しながら注液することで、注液の状況をモニタできたので、良好な電池特性を得る為の必要最低限の注液時間を判断することができた。その結果、基準値以上の電池性能を維持しながら、リチウム二次電池の生産性を向上させることができた。
また、４０℃において上記方法と同じ方法で非水電解液を注液したところ、２５℃よりインピーダンスが低くなった。これは、電極及びセパレータと非水電解液との濡れ性が向上したためである。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の非水電解質電池の性能検査手段によれば、インピーダンス測定手段によって、非水電解質電池のインピーダンスを測定するので、非水電解質電池内の非水電解液の状態を把握できる。
また、本発明の非水電解液の注液装置によれば、非水電解質電池内部の状態を把握しながら注液することができる。したがって、最適な注液条件を見出すことができ、注液時間を短縮できる。
【００２２】
また、本発明の非水電解質電池の性能検査方法によれば、インピーダンスを測定することによって不良品を発見ができ、良品のみを容易に選別できる。したがって、本来の性能を発揮する非水電解質電池のみを使用することができる。また、使用中に生じた不良を容易に発見することもできる。
本発明の非水電解質電池の製造方法によれば、水電解質電池のインピーダンスが、非水電解液の注液終了の指標になっており、注液終了のタイミングを容易に見極めることができるので、注液時間を短縮できる。その結果、電池性能を低下させることなく（基準値以上の電池性能を維持しつつ）、非水電解質電池の生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態例のリチウム二次電池の性能検査装置を示す斜視図である。
【図２】リチウム二次電池を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る第２の実施形態例のリチウム二次電池の注液装置を示す模式図である。
【図４】注液時のリチウム二次電池内部を示す断面図である。
【図５】実施例において、注液時間に対するインピーダンス測定値の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  リチウム二次電池（非水電解質電池）
１６  リチウム二次電池の性能検査装置（非水電解質電池の性能検査手段）
１７，２２  交流インピーダンス測定装置（インピーダンス測定手段）
２０  非水電解液の注液装置
２９ａ  加熱手段
２９ｂ  温度調節手段
【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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