(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重下での電池用セパレータの絶縁性の試験を行う装置であって、
電池用セパレータを載置する載置台と、
前記載置台上の電池用セパレータの表面に接触して荷重をかけるための接触端子と、
前記接触端子を上下動させ、前記電池用セパレータに対する荷重を変動できる移動機構と、
前記載置台と前記接触端子の間の電池用セパレータの電気抵抗を測定する電気抵抗測定器とを有し、
前記接触端子の先端部は、曲率半径が０．３ｍｍ〜４．０ｍｍの球面を有することを特徴とする、電池用セパレータの耐荷重絶縁性試験装置。
【請求項２】
前記接触端子の先端部は、球状に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池用セパレータの耐荷重絶縁性試験装置。
【請求項３】
前記電池用セパレータの厚みは、１μｍ〜１００μｍであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電池用セパレータの耐荷重絶縁性試験装置。
【請求項４】
前記載置台の表面は、♯１００〜♯１００００の研磨剤で研磨されたものであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の電池用セパレータの耐荷重絶縁性試験装置。
【請求項５】
荷重下での電池用セパレータの絶縁性の試験を行う方法であって、
載置台上に載置された電池用セパレータの表面に、曲率半径が０．３ｍｍ〜４．０ｍｍの球面を有する接触端子を接触させて電池用セパレータに荷重をかけ、
その荷重を次第に増加させながら、電気抵抗測定器により前記載置台と前記接触端子の間の前記電池用セパレータの電気抵抗を測定し、前記電池用セパレータが短絡するときの荷重を検出することを特徴とする、電池用セパレータの耐荷重絶縁性試験方法。
【請求項６】
前記接触端子を前記電池用セパレータ表面に接触させて電池用セパレータに荷重をかける際の前記接触端子の下降速度は、５μｍ／ｍｉｎ〜１００μｍ／ｍｉｎであることを特徴とする、請求項５に記載の電池用セパレータの耐荷重絶縁性試験方法。
【請求項７】
前記電池用セパレータと電池の正極部材又は負極部材を重ねた状態で、前記接触端子と前記載置台との間に挟んで、前記電池用セパレータの電気抵抗を測定することを特徴とする、請求項５又は６に記載の電池用セパレータの耐荷重絶縁性試験方法。
【請求項８】
前記電池用セパレータの厚みは、１μｍ〜１００μｍであることを特徴とする、請求項５〜７のいずれかに記載の電池用セパレータの耐荷重絶縁性試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重に対するフィルムの絶縁性試験装置と、その絶縁性試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＪＩＳ規格やＵＬ規格やＳＢＡ規格において、電池安全性評価の為の種々規格が用意されている。特許文献１には、ＪＩＳ規格で規定されている測定を、より簡便な方法で行う例が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１４６００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、フィルムの耐荷重絶縁特性を簡易かつ安全に評価し得る試験装置、並びに試験方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明は、荷重下での電池用セパレータの絶縁性の試験を行う装置であって、
電池用セパレータを載置する載置台と、
前記載置台上の電池用セパレータの表面に接触して荷重をかけるための接触端子と、
前記接触端子を上下動させ、前記電池用セパレータに対する荷重を変動できる移動機構と、
前記載置台と前記接触端子の間の電池用セパレータの電気抵抗を測定する電気抵抗測定器と、を有することを特徴とする。
ここで、接触端子の先端部は、曲率半径が０．３ｍｍ〜４．０ｍｍの球面を有している。
前記接触端子の先端部は、球状に形成されていてもよい。
また、前記電池用セパレータは、１μｍ〜５０μｍの厚みを有していても良い。
更に、前記載置台の表面は、♯１００〜♯１００００の研磨剤で研磨されたものであってもよい。
【０００６】
一方、本発明の試験方法は、荷重下での電池用セパレータの絶縁性の試験を行う方法であって、載置台上に載置された電池用セパレータの表面に、曲率半径が０．３ｍｍ〜４．０ｍｍの球面を有する接触端子を接触させて電池用セパレータに荷重をかけ、その荷重を次第に増加させながら、電気抵抗測定器により前記載置台と前記接触端子の間の前記電池用セパレータの電気抵抗を測定し、前記電池用セパレータが短絡するときの荷重を検出することを特徴とする。
ここで、前記接触端子を前記電池用セパレータ表面に接触させて電池用セパレータに荷重をかける際の前記接触端子の下降速度は、５μｍ／ｍｉｎ〜１００μｍ／ｍｉｎとすることができる。
また、前記電池用セパレータと電池の正極部材又は負極部材を重ねた状態で、前記接触端子と前記載置台との間に挟んで、前記電池用セパレータの電気抵抗を測定することができる。
さらに、前記電池用セパレータの厚みを、１μｍ〜１００μｍとすることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、フィルムの耐荷重絶縁特性を簡易かつ安全に評価し得る試験装置、並びに試験方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係る耐荷重絶縁性試験装置１の構成の概略を示す模式図である。
【０００９】
耐荷重絶縁性試験装置１は、例えば試験対象のフィルムとしての電池のセパレータＡを載置する載置台１０と、載置台１０上のセパレータＡの表面に接触して荷重をかける接触端子１１と、接触端子１１を上下動して前記荷重を変動できる移動機構１２と、載置台１０と接触端子１１の間に電圧を印加して載置台１０と接触端子１１に挟まれたセパレータＡの電気抵抗を測定する電気抵抗測定器１３とを有している。
【００１０】
載置台１０は、例えば良導電体のアルミニウムやステンレス鋼などの金属で形成される。載置台１０の素材としては、導電性が高く、かつ変形・磨耗しにくいものが好ましい。
また、載置台１０は、例えば図２に示すように厚みのある円盤状に形成されるが、角盤状であってもよい。
【００１１】
載置台１０の載置面の表面粗さは、例えば、セパレータＡに表面形状が転写するような凹凸の無い程度の表面粗さが好ましく、セパレータＡの表面粗さよりも小さな表面粗さを有することが好ましい。このような表面粗さとすることは、セパレータＡと載置台１０との間の接触抵抗の影響を低減し、セパレータＡ自体の電気抵抗をより正確に測定し得、この結果、セパレータＡの電気抵抗に基づく短絡荷重をより正確に検出し得て好適である。
具体的には、♯１００〜♯１００００、好ましくは♯５００〜♯４０００の研磨剤で研磨した鏡面レベルの平滑性であることが好ましい。
更に、算術平均粗さ（Ｒａ）としては、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは０．０１μｍ〜３０μｍである。
【００１２】
なお、載置台１０は、例えば図１に示すように水平の基台２０に設置されている。載置台１０と基台２０との間には、厚みのある絶縁板２１が介在され、載置台１０は基台２０と絶縁されている。従って、載置台１０から漏電したり、また外部の電流が載置台１０に流れ込んだりする虞が低減され、電気抵抗測定器１３によるセパレータＡの電気抵抗の測定をより正確に行ない得る。
【００１３】
接触端子１１は、例えば硬質で良導電体のステンレス鋼や超硬と呼ばれるＷＣ（炭化タングステン・タングステンカーバイト）とＣｏ（コバルト）とから構成される 複合材料（合金）などの金属で形成されている。素材としては、変形・磨耗しにくく、繰り返し操作の簡便性及び再現性が高いものが、簡便に信頼性高く評価できる観点から好ましい。
接触端子１１は、例えば図３に示すように球状の先端部１１ａと、その先端部１１ａの上部に接続され、先端部１１ａから上方に向けて次第に径が大きくなるテーパ部１１ｂと、テーパ部１１ｂの上部に接続され、径が一定の円柱部１１ｃとを有している。円柱部１１ｃの一部には、径の大きい大径部１１ｄが形成されている。
ここで、先端部１１ａの形状としては、球状、乃至略球状であることが好ましい。このような形状を採用することにより、例えばセパレータＡと接触する際に、初めは点で接触し、その後球面に沿って徐々に接触面積を増やしていくことができる。このため、接触端子１１とセパレータＡとの接触が緩やかに徐々に行われる。また、セパレータＡに接触端子１１の角があたることがない。この結果、接触端子１１の接触時にセパレータＡの表面が損傷するおそれが低減され、セパレータＡの電気抵抗を精度よく測定し得る。この結果、セパレータＡの短絡荷重を精度よく検出し得る傾向となる。
【００１４】
先端部１１ａは、例えば曲率半径が０．０５ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲、より好ましくは１．１ｍｍ〜１．３ｍｍ、又は０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲の球状に形成されている。円柱部１１ｃの上端部は、後述のロードセル３０に固定されている。
ここで、先端部１１ａの曲率半径は、測定対象であるセパレータＡの電気絶縁性に応じ、適宜選択することができる。
即ち、例えばセパレータＡの厚みや目付けが大きい等により絶縁性が高い場合には、再現性を確保しつつ接触端子に過大な荷重を印加する状況を避ける観点から、曲率半径をより小さな領域（例えば、０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ）に設定することができる。一方、セパレータＡの厚みや目付けが小さい等により絶縁性が小さい場合には、再現性を確保しつつ測定対象毎の対比を良好に行なう観点から、曲率半径をより大きな領域（例えば、１．１ｍｍ〜１．３ｍｍ）に設定することができる。
なお、セパレータＡの厚みとしては、耐荷重絶縁性試験装置１により測定対象の相対比較を再現性良く行なう観点、あるいは接触端子１１の耐久性を向上させる観点から、好ましくは１μｍ〜１００μｍ、より好ましくは  ５μｍ〜  ３０μｍである。
【００１５】
移動機構１２は、例えば図１に示すように接触端子１１を支持し、付与された荷重を検出して電気信号に変換可能なロードセル３０と、ロードセル３０を支持する水平支持板３１と、水平支持板３１を両持ちで支持し上下動させる一対の支柱３２と、水平支持板３１の上下動を制御する制御部３３を有している。支柱３２には、モータ等の駆動源が内蔵されており、この駆動源により水平支持板３１を上下動できる。
【００１６】
ロードセル３０で検出された荷重の電気信号は、制御部３３に出力できる。制御部３３は、荷重を表示するモニタ機能を有する。また、制御部３３は、荷重に基づいて水平支持板３１（ロードセル３０、接触端子１１）の上下動を制御できる。
【００１７】
電気抵抗測定器１３は、例えば本体１３ａと、２本の電線１３ｂを有している。一の電線１３ｂは、本体１３ａから載置台１０に接続され、他の電線１３ｂは、本体１３ａから接触端子１１に接続されている。本体１３ａは、電線１３ｂを介して載置台１０と接触端子１１の間に挟まれたセパレータＡの電気抵抗を測定できる。本体１３ａは、モニタを有し、測定した電気抵抗の値を表示できる。電線１３ｂは、例えば柔軟性に優れ、幅のある薄い帯状の金属で形成されている。なお、電線１３ｂは、載置台１０や大径部１１ｄの側面に捲回接続されていても良い。
【００１８】
次に、以上のように構成された耐荷重絶縁性試験装置１を用いたセパレータＡの耐荷重絶縁性試験方法について説明する。
【００１９】
先ず、図１に示すようにセパレータＡが載置台１０上に載置される。次に、図４に示すように移動機構１２により接触端子１１が下降され、接触端子１１の先端部１１ａがセパレータＡの表面に接触され、セパレータＡに荷重が付加される。この時に、セパレータＡの電気抵抗の測定が開始され、以降、セパレータに荷重をかけつつ測定が続行される。
ここで、前記接触端子を前記フィルム表面に接触させてフィルムに荷重をかける際の（接触端子１１の先端部１１ａがセパレータＡの表面に接触した後の）前記接触端子の下降速度は、特に、セパレータＡの素材に多孔質材料や柔軟性の材料を用いた場合等において測定の再現性をより向上させる観点から、好ましくは５μｍ／ｍｉｎ〜１００μｍ／ｍｉｎ、より好ましくは５μｍ／ｍｉｎ〜５０μｍ／ｍｉｎである。
なお、セパレータＡの電気抵抗の数値は、電気抵抗測定器１３の本体１３ａのモニタに表示される。また、セパレータＡにかかる荷重は、ロードセル３０により検出され、制御部３３のモニタに表示される。
【００２０】
そして、本体１３ａに表示されるセパレータＡの電気抵抗値を確認しながら、セパレータＡにかかる荷重を徐々に上げ、セパレータＡが短絡した時、つまり急激に絶縁性が破壊される（絶縁性を喪失する）荷重、例えば電気抵抗測定装置ＡＤ−５５１８Ｔ（エー・アンド・デイ社製）の場合、セパレータＡの電気抵抗値が４０ＭΩ以下になった時の荷重を短絡荷重として検出することができる。これにより、セパレータＡの短絡荷重が検出され、荷重下でのセパレータＡの絶縁性能を確認できる。
【００２１】
なお、セパレータＡと、接触端子１１又は載置台１０との間に、電池の正極部材又は負極部材を介挿し、セパレータＡと電池の正極部材又は負極部材を重ねた状態で、接触端子１１と載置台１０との間に挟んでセパレータＡの電気抵抗を測定することも可能である。
即ち、正極あるいは、負極の電極部材の少なくとも一方を、活物質がセパレータＡに対向する方向に重ね、それらを載置台１０と接触端子１１との間に載置して評価することは、電極材のフィルム絶縁性評価への影響を反映する観点（電極との相性を含めたセパレータの絶縁性の評価を行う観点）で有効である。
【００２２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば以上の実施の形態では、試験対象がセパレータＡであったが、他のフィルムの絶縁性試験にも本発明は適用できる。また、以上の実施の形態では、接触端子１１の先端部１１ａの形状が球状であったが、他の形状であってもよい。例えば接触端子１１の先端部１１ａは、セパレータＡに点接触する形状、線接触する形状、または面接触する形状であってもよい。線接触する形状の場合、先端部１１ａは、例えば先端に直線状の稜を形成する多面体形状であってもよい。
【実施例】
【００２３】
次に、実施例及び比較例を挙げて本実施の形態をより具体的に説明するが、本実施の形態はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００２４】
［実施例１〜４］
先端部１１ａとして下表１に示す曲率半径を有する接触端子１１を用いて図１に示す耐荷重絶縁性試験装置１を構成した。
セパレータＡとして下表１に示すセパレータを用い、耐荷重絶縁性試験を行なった。なお、セパレータＡの透気度は、ＪＩＳ  Ｐ−８１１７準拠のガーレー式透気度計（東洋精機製Ｇ−Ｂ２（商標））を用い、空気１００ｍｌが通過する時間として測定したものである。また、気孔率は、１０ｃｍ×１０ｃｍ角の試料を切り取り、その体積（ｃｍ３）と質量（ｇ）を求め、それらと素材のバルク密度（ｇ／ｃｍ３）より算出したものである。
接触端子１１の素材は超硬であり、接触端子１１をセパレータＡの表面に接触させた後の接触端子１１の下降速度は１０μｍ／ｍｉｎであった。各実施例において測定したサンプル数は２０個である。
電気抵抗測定装置ＡＤ−５５１８Ｔ（エー・アンド・デイ社製）を用い、下表１に示す荷重下でセパレータＡの電気抵抗値が４０ＭΩ以下となったサンプルの個数を下表１に併記した。
【００２５】
【表１】
0005090230.tif 000002
【００２６】
表１の結果から、セパレータＡとして薄膜（厚み１０μｍ程度）を用いる場合、曲率半径が大きな先端部１１ａを用いた方が、測定再現性を確保しつつ、サンプル間の相対比較を行ない易いことが読み取れる。
【００２７】
［実施例５〜８］
先端部１１ａとして下表２と表３に示す曲率半径を有する接触端子１１を用いて図１に示す耐荷重絶縁性試験装置１を構成した。
セパレータＡとして下表２に示すセパレータを用い、耐荷重絶縁性試験を行なった。なお、接触端子１１の素材や接触端子１１の下降速度、各実施例において測定したサンプル数、電気抵抗測定装置、等については実施例１と同様の条件で行なった。結果を下表２と表３に併記した。
【００２８】
【表２】
0005090230.tif 000003
【表３】
0005090230.tif 000004
【００２９】
表２と表３の結果から、セパレータＡとして厚膜（厚み２０μｍ程度）を用いる場合、曲率半径が小さな先端部１１ａを用いた方が、測定再現性を確保しつつ、先端部１１ａに印加される荷重を低減可能である（接触端子１１の寿命を向上させ得る）ことが読み取れる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】耐荷重絶縁性試験装置の構成の概略を示す模式図である。
【図２】載置台の斜視図である。
【図３】接触端子の斜視図である。
【図４】接触端子がセパレータに接触した状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  耐荷重絶縁性試験装置
１０  載置台
１１  接触端子
１１ａ  先端部
１２  移動機構
１３  電気抵抗測定器
Ａ  セパレータ
【図１】
0005090230.tif 000005
【図２】
0005090230.tif 000006
【図３】
0005090230.tif 000007
【図４】
0005090230.tif 000008