CN109596644A - 电池的检查方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池的检查方法，对在外装体内具备发电元件和电解质的电池进行检查，其中，该发电元件由正极和负极隔着隔膜层叠而成，该正极和负极具有金属箔，该检查方法包括：怀疑部认定工序，根据外装体的表面的凸状态的程度对怀疑部进行认定；标记附设工序，将表示认定为怀疑部的外装体的表面的部位的标记附设在外装体的表面；X射线透射图像获取工序，获取附设了标记的怀疑部的部位上的电池的X射线透射图像；以及判定工序，根据获取的怀疑部上的X射线透射图像判定电池是否良好。通过使用本发明的电池的检查方法，能够高精度地检查在生产线中作为污染物混入的起因物。
Description
技术领域
本发明涉及一种对在外装体内具备发电元件和电解质的电池进行检查的技术，其中，该发电元件由正极和负极隔着隔膜层叠而成，该正极和负极具有金属箔。
背景技术
一直以来，关于这种电池，提案有一种在电池内部中利用X射线CT或共振对生产线中可能会作为污染物混入电池内部的起因物进行检查的方法(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-249629号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在此，在专利文献1所记载的技术中有如下一种方法，即，由于假定为起因物的形状是已知的，因此进行与已知形状的图案匹配，其结果是，如果相符则废弃。
但是，作为可能会在上述电池的外装体表面上产生凸部的起因物多种多样，除在铜箔或铝箔等金属箔的切割工序中的切碎片等以外，还有来自树脂、层压薄膜、生产设备自身的磨损粉末等，是多种多样的，其形状并不是恒定的，因此，无法应用与已知形状的图案匹配法。
另外，在上述电池具有铜箔或铝箔等金属箔为多层的层叠构造时，可能会在外装体表面上产生凸部的起因物的大小为数十微米至一毫米程度，极为微小。因此，关于这种电池的检查，在单纯地对电池整体进行如X射线CT扫描的检查方法中，由于与铜箔或铝箔为多层的电池内的起因物的S/N比过小，因此，高精度地检测起因物是极为困难的。
因此，本发明的课题在于提供一种能够高精度地对生产线中作为污染物混入的起因物进行检查的电池的检查方法。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述课题，本发明的一方式所涉及的电池的检查方法对在外装体内具备发电元件和电解质的电池进行检查，其中，该发电元件由正极和负极隔着隔膜层叠而成，该正极和负极具有金属箔，所述检查方法的特征在于，包括：怀疑部认定工序，根据所述外装体的表面的凸状态的程度对怀疑部进行认定；标记附设工序，将表示认定为所述怀疑部的所述外装体的表面的部位的标记附设在所述外装体的表面；X射线透射图像获取工序，获取附设了所述标记的所述怀疑部的部位上的所述电池的X射线透射图像；以及判定工序，根据获取的所述怀疑部上的X射线透射图像对所述电池是否良好进行判定。
发明效果
根据本发明的一方式所涉及的电池的检查方法，通过怀疑部认定工序，对于在外装体表面上确认为凸部的怀疑部的部分，通过标记附设工序，将用于检查怀疑部的标记附设在外装体的表面。然后，通过X射线透射图像获取工序，获取附设了标记的怀疑部的部位上的电池的X射线透射图像，通过判定工序，能够根据获取的X射线透射图像判定该电池是否良好。因此，降低不必要地废弃电池的情况。
附图说明
图1是成为本发明的一实施方式所涉及的检查对象的锂离子二次电池的示意性立体图。
图2是图1的锂离子二次电池的Z－Z剖面图。
图3是对用于本发明的一方式所涉及的电池的检查方法的无损检查设备的一实施方式进行说明的示意图。
图4是对用于本发明的一方式所涉及的电池的检查方法的标记片的一实施方式进行说明的示意图。
图5是对本发明的一方式所涉及的电池的检查方法的一实施方式进行说明的无损检查流程。
符号说明
1 锂离子二次电池(电池)
10 发电元件
11 负极
12 正极
13 隔膜
14 单电池层
21 负极端子
22 正极端子
30 外装体
40 无损检查设备
50 标记片
60 电解液(电解质)
T (外装体表面的)凸部
具体实施方式
以下，适当地参照附图对本发明的一实施方式进行说明。此外，附图是示意性的。因此，应该注意的是，厚度与平面尺寸的关系、比率等与实际值不同，即使是在附图相互之间也包含相互尺寸的关系或比率不同的部分。另外，以下所示的实施方式仅是示例用于具体化本发明的技术思想的装置和方法，本发明的技术思想并非将构成部件的材质、形状、构造、配置等限定于下述的实施方式。
＜关于成为检查对象的电池的结构＞
首先，对本实施方式的锂离子二次电池的结构进行说明。
如图1所示，该锂离子二次电池1(以下，也简称为“电池”)是具有大致矩形的片状的外观形状的层叠型电池。电池1具备由层压薄膜形成的外装体30。
在外装体30的周缘部设有负极端子21和正极端子22。在本实施方式的电池1中，大致矩形的外装体30的周缘部的一边相邻设有负极端子21和正极端子22。另外，负极端子21和正极端子22分别从外装体30的内部朝向外部向同一方向导出。
如图2所示，电池1在外装体30内具备负极11和正极12隔着隔膜13交替层叠多个而成的发电元件10、和作为电解质浸润于发电元件10的电解液60。负极11、正极12和隔膜13均为膜状，发电元件10形成为平板状。负极11、正极12和隔膜13具有空孔，当与电解液60接触时，被电解液60浸润。
同图所示，负极11在负极集电体11A的两主面上具有负极活性物质层11B、11B。负极活性物质层11B含有能够吸藏和释放锂离子的负极活性物质。正极12在正极集电体12A的两主面上具有正极活性物质层12B、12B。正极活性物质层12B含有能够吸藏和释放锂离子的正极活性物质。
发电元件10中相邻的负极活性物质层11B、隔膜13和正极活性物质层12B构成一个单电池层14。负极端子21和正极端子22的端部中，配置于外装体30内的端子端部例如通过焊接电连接于封入外装体30内的发电元件10的负极集电体11A和正极集电体12A各自的极耳(tab)部分。由此，本实施方式的电池1中的单电池层14多个层叠且并联电连接。此外，在同图所示的例中，具有3枚负极11和2枚正极12隔着4枚隔膜13交替层叠多个而成的构造，但负极11、正极12和隔膜13的数量不限于此。
＜关于电池1的制造方法＞
接下来，对上述电池1的制造方法进行说明。
在制造负极11时，将作为负极活性物质制备的浆料涂布在由铜箔等金属箔切割为希望尺寸而成的负极集电体11A上，并使其干燥，从而形成负极活性物质层11B，制作负极11。
另外，在制造正极12时，在热板上使用刮刀等将作为正极活性物质制备的浆料涂布在由铝箔等金属箔切割为希望尺寸而成的正极集电体12A上，并使其干燥，从而形成正极活性物质层12B，制作正极12。
另外，在制造隔膜13时，准备沿长度方向单轴拉伸并由微多孔膜构成的带状隔膜材料，将该带状隔膜材料按照希望的尺寸切割为矩形进行制作。接下来，如图2所示层叠负极11、隔膜13、和正极12构成发电元件10。在构成发电元件10时，注意隔膜13与电极11、12的相对位置而对这些部件进行层叠。
其后，在负极11的极耳部分安装负极端子21，同时在正极12的极耳部分安装正极端子22。然后，用成为外装体30的一对层压薄膜从两侧夹持发电元件10，如图1所示，使负极端子21和正极端子22的前端以分别向层压薄膜的外部突出的方式定位，并使除一对层压薄膜的一边的三个周缘部彼此热熔合，形成一边具有开口部的袋状外装体30。
接下来，将电解质即电解液60从外装体30的开口部向内部注入期望的量。通过注入电解液60，使电解液60与发电元件10接触，将发电元件10含浸在电解液60中。在注入完电解液60后，对外装体30的开口部进行热熔合，使外装体30形成密封状态。由此，完成如图1和图2所示的层压型锂离子二次电池1。此外，作为电解液60，例如可以使用凝胶状的电解质。
＜关于电池1的无损检查＞
在此，在管理上述的电池1的品质方面，有多种多个管理项目，但基本上是在电池1的性能检查合格后，将外观检查合格的产品出厂。外观检查是指根据层压薄膜制的外装体30的状态进行是否良好的判定的检查，作为检查项目之一，例如若在外装体30的表面没有发现凸部，则判断为合格品。另一方面，例如图1中图像所示，在判断为外装体表面上有凸部T的情况下，最好废弃该产品。这是因为，产生该凸部T的起因物将来可能会对电池性能造成影响。
但是，若仅因为在外装体表面存在凸部T就一律废弃全部产品，则即使是在导致凸部T产生的起因物将来不会对电池性能造成影响的情况下也废弃了产品。例如，若树脂是起因物，则不会对电池1的性能产生影响。即，在外装体表面确认到凸部T的情况下，通过进行考虑到了导致该凸部T产生的起因物将来是否会对该电池1的性能产生影响的无损检查，有助于高产率地生产出更为优异的产品。因此，在本实施方式中，鉴于上述主旨，实施了上述电池1的无损检查。以下，详细地进行说明。此外，在图1中，示出了对凸部T进行了夸张的图像，但在上述的制造过程中作为污染物混入并可能会在外装体表面上产生凸部T的起因物的大小为数十微米至一毫米程度，极为微小。
＜关于用于电池1的无损检查的无损检查设备＞
首先，对用于本实施方式的电池1的无损检查的无损检查设备详细地进行说明。
如图3所示，该无损检查设备40是所谓的工业CT扫描仪，其是一种台式计算机断层摄影设备，通过使用计算机，对利用X射线扫描检查对象而得到的图像进行处理，以三维数据表现检查对象的内部和外部。
本实施方式的无损检查设备40构成为，射线源41和X射线检测器42不旋转而旋转台43上的检查对象旋转。详细而言，如同图所示，该无损检查设备40具备：射线源41，其具有朝向检查对象照射X射线(同图的符号X)的X射线管球；X射线检测器42，其在使成为检查对象的电池1位于中央的状态下对向配置于射线源41的相反侧；以及旋转台43，其使成为检查对象的电池1在以立起的姿势进行保持的状态下绕垂直的轴线旋转。
射线源41能够通过准直器等使从X射线管球照射的X射线束变窄，并作为呈扇状的扇形光束朝向电池1照射。在旋转台43上设有支撑件44。支撑件44具备在旋转台43的中央相互相对直立设置的一对夹持板44a、44b、和夹持部45。夹持部45构成为，具有利用能够用手进行紧固操作的螺丝的紧固夹持机构，通过使一对夹持板44a、44b中的一个在与另一个相对的方向上进退地从其两侧夹持检查对象，能够进行其保持和解除。
本实施方式的无损检查设备40通过利用未图示的电机的驱动使旋转台43旋转，使射线源41和X射线检测器42在成为检查对象的电池1的周围相对旋转，由此，电池1会从周方向上的全方位接受到X射线的照射。照射至电池1上的扇状的X射线在透射电池1时其一部分被电池1的构成部件吸收而衰减后，到达位于射线源41的相反侧的X射线检测器42，并将在各方向上X射线的吸收程度作为数据记录下来。
然后，根据记录的数据通过计算机重建CT图像。在本实施方式中，能够将重建的CT图像作为三维图形显示。此外，作为CT图像的重建方法，例如可以使用分析重建法、代数重建法或统计重建法等公知的方法。
此外，同图中以符号B表示的范围内是本实施方式的无损检查设备40中的检查对象可设置范围。例如，在该检查对象可设置范围B中，能够使检查对象接近射线源41而增加几何放大率以拍摄检查对象的详细情况，或者缩小几何放大率以减少几何不清晰度的影响。
通过这种X射线CT得到的检查对象的基本图像是表示检查对象的截面的黑白图像。重建的CT图像上的白色部分(CT值(CT number)较高的部分)是X射线的吸收度高的部分，黑色部分(CT值较低的部分)与X射线吸收低的部分对应。金属(铜箔或铝箔等金属箔)呈现较高的CT值(例如数千HU)。与此相对，由于其以外的树脂或层压薄膜片等的CT值非常低，因此，能够根据重建的CT图像容易地区分出金属及其以外的物质。
在此，上述的扇形光束例如比锥形光束的X射线的散射影响少，能够获取更清晰的图像。但是，由于需要逐行扫描成为检查对象的电池1，因此，整个电池1的扫描需要时间。与此相对，在本实施方式中，如图1所示，在对成为检查对象的电池1确认到外装体30的表面存在凸部T的情况下，附设将该凸部T的部位作为怀疑部而指定的标记片50，通过扫描成为检查对象的电池1的怀疑部，提高检查精度和检查效率。以下，对用于本实施方式的电池1的无损检查的标记片50详细地进行说明。
＜关于用于电池1的无损检查的标记片50＞
如图4的放大图所示，该标记片50具有从平面看呈矩形的薄片的片材部51、和预先附设在片材部51上的两个标记52、53。片材部51为从平面看呈矩形的透明树脂(例如聚丙烯)制的片材部件，片材背面设有可粘附和剥离程度的粘接面。作为片材部51，可以代替聚丙烯片材，使用例如在成为片材基材的无色透明的玻璃纸的单面设有粘接面并形成为带状的玻璃纸胶带。
在本实施方式的例子中，片材部51的平面尺寸例如形成为宽度W为6mm左右、长度L为12mm左右。在同图的片材部51的中央以双点划线表示的部分设为用于定位怀疑部和认定的凸部T的凸部对应区域54。凸部对应区域54可以将双点划线的范围作为窗口开口，也可以不设置窗口而直接使用片材基材本身。
两个标记52、53由X射线吸收度高的金属薄膜构成，例如使用铜箔构成。各标记52、53以如下方式附设，即，从平面看形成为大致V字形，如同图所示，大致V字形的凹的中心为与片材部51的宽度方向中央一致的位置，大致V字形的凹侧从长度L的方向两侧夹持凸部对应区域54。两个标记52、53相互相对方向上的隔离距离(同图符号L方向上的长度)位于凸部对应区域54的外侧。由此，在射线源41和X射线检测器42绕电池1的周围相对旋转进行扫描时，凸部T的部分的X射线透射图像上两个标记52、53不会干扰。
＜关于电池1的无损检查方法＞
接下来，对本实施方式的电池1的无损检查方法详细地进行说明。
在对上述的电池1进行无损检查时，如图5的检查流程所示，检查员首先例如通过目测，根据外装体30的表面的凸状态的程度对怀疑部进行认定(同图的步骤S1(怀疑部认定工序))。检查员在怀疑部认定工序中判断外装体的表面的凸的程度是否在规定以上，在判断为没有认定为怀疑部的程度的凸部T的情况下(步骤S1的No)，不废弃电池1，将该电池1送至下一生产工序(步骤S6)。
另一方面，在怀疑部认定工序中，检查员在判定为在外装体30的表面上有认定为怀疑部的程度的凸部T的情况下(步骤S1的Yes)，如图1所示，检查员将表示认定为其怀疑部的外装体30的表面的部位的标记附设在外装体30的表面(图5的步骤S2(标记附设工序))。凸的程度是否在规定以上例如可以根据阴影的程度和凸的高度的程度进行设定。
在标记附设工序中，将X射线吸收度高的标记附设在认定为怀疑部的部位或其附近。在本实施方式中，如图1所示，按照两个标记52、53相对于两极端子21、22的延伸方向从上下夹住凸部T的方式将上述标记片50贴付在外装体30的表面。使用上述无损检查设备40对经过了标记附设工序的电池1进行CT扫描检查(步骤S3(X射线透射图像获取工序))。
在CT扫描检查中，首先，如图3所示，以使电池1的两极端子21、22朝上的支撑姿势用支撑件44支撑电池1。此时，在本实施方式中，作为标记使用具有至少两个标记52、53的上述标记片50，以相对来自射线源41的一方向的X射线的照射方向为直角方向，使怀疑部(即凸部T)位于两个标记52、53之间的方式贴付标记片50，并将各标记52、53附设在外装体30的表面。
接下来，通过在使旋转台43旋转的同时朝向电池1照射X射线束，并根据扫描电池1而得到的数据使用计算机进行重建处理，以CT图像和三维数据表现检查对象的电池1内部和外部。
在此，在进行CT扫描检查时，在如本实施方式那样铜箔或铝箔形成为多层的电池1的情况下，若将CT图像的像素值的动态范围单纯均匀地分配到黑白图像，由于可能会在外装体30表面上产生凸部T的起因物的大小为数十微米至一毫米程度，极为微小，因此，人观察时，会形成对比度不良，可能几乎无法观察。
因此，在本实施方式中，为了提高S/N比以提高检测精度，分配符合可能会产生凸部T的起因物的CT值，设定“起因物辨别条件”。即，在对具有包含形成为多层的层叠金属箔的发电元件10的电池1的内部构造进行观察的情况下，以能够区别层叠金属箔和起因物的“起因物辨别条件”观察图像。
特别是在本实施方式中，由于以相对来自射线源41的一方向的X射线的照射方向为直角方向，使怀疑部位于在两个标记52、53之间的方式在外装体30的表面附设各标记52、53，因此，检查员一边以形状和材质为已知的两个标记52、53为基准切换多个“起因物辨别条件”，一边在计算机的显示器上实时观察怀疑部的CT图像，能够可靠且高效率地判定可能会在电池1的外装体30表面上产生凸部T的起因物是否为铜箔或铝箔等金属箔、即起因物的材质(步骤S4(判定工序))。
＜关于电池1的无损检查方法的作用效果＞
接下来，对本实施方式的电池1的无损检查方法的作用效果详细地进行说明。
在本实施方式所涉及的电池的无损检查方法中，如上所述，通过怀疑部认定工序(步骤S1)，通过外观检查将在层压薄膜制的外装体30表面上确认为凸部T的怀疑部的部分设为检查部，并通过标记附设工序(步骤S2)，将用于检测怀疑部的标记52、53预先附设在外装体30的表面。然后，通过X射线透射图像获取工序(步骤S3)，获取附设了两个标记52、53的怀疑部的部位上的电池1的X射线透射图像，接下来，通过判定工序(步骤S4)，从获取的X射线透射图像高效提取标记52、53的附设部分的起因物，能够高精度地判定其材质。
特别是在本实施方式所涉及的电池的无损检查方法中，对铜箔或铝箔等金属箔成为多层的电池1，在与金属箔相同的材质处于外装体30中的情况下需要提高S/N比以提高检测精度时，通过在怀疑部附设由与金属箔同样的材质构成的标记52、53，以检查员能够看到标记52、53的方式分配相符的CT值，设定“起因物辨别条件”。
而且，由于在金属和树脂中X射线的透射率大幅不同，因此，在能够看到标记52、53的起因物辨别条件下，仅通过检测标记52、53相互间的凸部对应区域54部分的怀疑部，就能够容易地区分出起因物的材质是否为与标记52、53同样的材质。因此，根据本实施方式所涉及的电池的无损检查方法，实现了如下优异效果：即使是铜箔或铝箔等金属箔形成为多层的电池1，也能够高效率且高精度地判定该电池1是否良好，降低电池1不必要的废弃。
此外，本发明所涉及的电池的检查方法不限于上述实施方式，只要不脱离本发明的主旨，可以进行多种变形。
例如，在上述实施方式中，作为电池的一例，以锂离子二次电池为例进行了说明，但不限于此，本发明只要是在外装体内具备发电元件和电解质的电池，其中，该发电元件由正极和负极隔着隔膜层叠而成，该正极和负极具有金属箔，能够适用于多种电池。
另外，例如在上述实施方式中，作为无损检查设备的一例，示出了在无损检查设备40中使用了二维CT扫描仪的例子，但不限于此，例如，作为无损检查设备，可以使用三维CT扫描仪，也可以使用螺旋CT扫描仪。
另外，例如在上述实施方式中，以使用了预先附设于一个标记片50的、由与金属箔同样的材质构成的两个标记52、53的例子进行了说明，但不限于此，标记的数量可以是一个，也可以使用三个以上的标记。另外，不限于一个标记片50，也可以使用多个标记片。
其中，如本实施方式所示，在两个标记52、53由X射线吸收度高的金属薄膜构成，以相对来自一方向的X射线的照射方向为直角方向，使怀疑部位于两个标记52、53之间的方式，并按照各标记52、53夹持凸部对应区域54的方式附设两个标记，进而，若使两个标记52、53相互在相对方向上隔离并位于凸部对应区域54的外侧，则在射线源41和X射线检测器42绕电池1的周围相对旋转进行扫描时，通过两个标记52、53容易找到怀疑部，并且凸部T的部分的X射线透射图像上两个标记52、53不干扰。因此，能够高效率且高精度地判定铜箔或铝箔等金属箔形成为多层的电池1的怀疑部检查，故而优选。
Claims (4)
1.一种电池的检查方法，对在外装体内具备发电元件和电解质的电池进行检查，其中，该发电元件由正极和负极隔着隔膜层叠而成，该正极和负极具有金属箔，所述检查方法的特征在于，包括：
怀疑部认定工序，根据所述外装体的表面的凸状态的程度对怀疑部进行认定；
标记附设工序，将表示认定为所述怀疑部的所述外装体的表面的部位的标记附设在所述外装体的表面；
X射线透射图像获取工序，获取附设了所述标记的所述怀疑部的部位上的所述电池的X射线透射图像；以及
判定工序，根据获取的所述怀疑部上的X射线透射图像判定所述电池是否良好。
2.根据权利要求1所述的电池的检查方法，其中，
在所述怀疑部认定工序中，将所述外装体的表面的凸的程度在规定以上的部分认定为所述怀疑部。
3.根据权利要求1或2所述的电池的检查方法，其中，
在所述标记附设工序中，作为所述标记，将X射线吸收度高的标记附设在认定为所述怀疑部的部位或其附近。
4.根据权利要求1所述的电池的检查方法，其中，
在所述标记附设工序中，使用至少两个所述标记，按照相对来自一方向的X射线的照射方向为直角方向，使所述怀疑部位于两个所述标记之间的方式附设各标记。
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