CN114062952B - 二次电池的绝缘检查方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够缩短检查时间的二次电池的绝缘检查方法。在蓄积有初始电荷量(Q0)的二次电池(1)连接外部直流电源(EP)，通过电源电流(I)收敛的状况来评价二次电池(1)的绝缘性，在二次电池(1)的绝缘检查方法中，当将表示关于二次电池(1)的电荷量(Q)和电池电压(V)的关系的电荷量－电池电压曲线(CL)中的切线的斜率(α(Q))最小的电荷量(Q)设为最小斜率电荷量(QL)，将上述最小斜率电荷量(QL)处的上述切线的斜率(α(QL))设为最小斜率(αL)时，从上述斜率(α(Q))为上述最小斜率(αL)的2倍以上(α(Q)≥2αL)的电荷量(Q)的范围(QR2)内选择上述初始电荷量(Q0)。

Description

二次电池的绝缘检查方法
技术领域
本发明涉及评价二次电池的电池内部的绝缘性的绝缘检查方法。
背景技术
在制造锂离子二次电池等二次电池(以下，也仅称为“电池”)时，存在铁、铜等小的金属异物混入电极体的内部的情况，起因于混入的金属异物而有时在电池中产生微小的内部短路。因此，有时检查电池内部的绝缘性。
作为该绝缘检查方法，已知以下的方法。即，在预先充电的电池连接外部直流电源来构成检查电路，从外部直流电源向电池持续施加与检查该电池之前的检查前电池电压V0相等的输出电压Vb(Vb＝V0)。而且，如果流过该检查电路的电源电流I的电流值Ib(t)收敛为大致恒定的值，则检测该收敛电流值Ibs。接下来，在检测到的收敛电流值Ibs大于预先决定的基准电流值Ibk的情况下(Ibs＞Ibk)，将该电池判定为绝缘性低的(产生微小的内部短路)不良品。此外，作为与这样的电池的绝缘检查方法相关的现有技术，例如列举专利文献1、2。
专利文献1：日本特开2019-016558号公报
专利文献2：日本特开2019-113450号公报
然而，在上述的绝缘检查方法中，由于流过检查电路的电源电流I的电流值Ib(t)基本上收敛花费时间，因此存在花费很长检查时间的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述的现状而完成的，提供一种能够缩短检查时间的二次电池的绝缘检查方法。
用于解决上述课题的本发明的一个方式是二次电池的绝缘检查方法，在蓄积有预先决定的初始电荷量的二次电池连接外部直流电源来构成检查电路，通过流过该检查电路的电源电流收敛的状况来评价上述二次电池的绝缘性，在二次电池的绝缘检查方法中，当将表示关于上述二次电池的电荷量与电池电压的关系的电荷量－电池电压曲线中的切线的斜率为最小的电荷量设为最小斜率电荷量，将上述最小斜率电荷量处的上述切线的斜率设为最小斜率时，从上述斜率为上述最小斜率的2倍以上的上述电荷量的范围内选择上述初始电荷量。
在上述的绝缘检查方法中，从上述的斜率为最小斜率的2倍以上的电荷量的范围内选择绝缘检查时的初始电荷量。因此，若考虑作为斜率的倒数的电池的局部的电池容量(局部电池容量)，则绝缘检查时(初始电荷量)的局部电池容量与最小斜率电荷量处的局部电池容量相比，只有1/2以下的大小。若局部电池容量较小，则在绝缘检查时，由于轻微的电荷量的减少，电池电压大幅减少，并且电源电流大幅增加。因此，与将初始电荷量设为最小斜率电荷量进行绝缘检查的情况相比，能够大幅缩短直到电源电流收敛为止的收敛时间，并能够大幅缩短检查时间。
进而，在上述的二次电池的绝缘检查方法中，也可以为从上述斜率为上述最小斜率的3倍以上的上述电荷量的范围内选择上述初始电荷量的二次电池的绝缘检查方法。
在上述的绝缘检查方法中，从上述斜率为上述最小斜率的3倍以上的电荷量的范围内选择初始电荷量。由此，绝缘检查时的局部电池容量与从上述斜率为上述最小斜率的2倍以上的电荷量的范围内选择初始电荷量相比进一步变小，因此能够进一步缩短直到电源电流收敛为止的收敛时间，并能够进一步缩短检查时间。
进而，在上述的任意一项所述的二次电池的绝缘检查方法中，也可以为从大于上述最小斜率电荷量的上述电荷量的范围内选择上述初始电荷量的二次电池的绝缘检查方法。
可以看出，若初始电荷量小于最小斜率电荷量，则与大于最小斜率电荷量的情况相比，由于电池温度的轻微变动，流过检查电路的电源电流变动较大。与此相对，在上述的绝缘检查方法中，从上述斜率为上述最小斜率的2倍以上或者上述斜率为上述最小斜率的3倍以上且大于最小斜率电荷量的电荷量的范围内选择初始电荷量。因此，能够缩短检查时间，并且防止由于电池温度的轻微变动而电源电流变动较大。
附图说明
图1是实施方式所涉及的电池的立体图。
图2是包括实施方式所涉及的绝缘检查方法的电池的制造方法的流程图。
图3是实施方式所涉及并表示电池中蓄电的电荷量、电池电压以及电荷量－电池电压曲线中的切线的斜率的关系的图表。
图4是实施方式所涉及并在电池连接外部直流电源的检查电路的电路图。
图5是针对良品以及不良品的电池，示意性表示输出电压的施加持续时间与输出电压、电池电压以及电源电流的电流值的关系的图表。
附图标记说明
1…二次电池(电池)；100…检查电路；S5…电荷量调整工序；S6…绝缘检查工序；Q…(电池中蓄积的)电荷量；Q0…初始电荷量；QL…最小斜率电荷量；QR2…(斜率为最小斜率的2倍以上的电荷量的)范围；QR2H…(电荷量的范围QR2中的比最小斜率电荷量大的)范围；QR3…(斜率为最小斜率的3倍以上的电荷量的)范围；QR3H…(电荷量的范围QR3中的比最小斜率电荷量大的)范围；C…电池容量；Cp(Q)…局部电池容量；CL…电荷量－电池电压曲线；α(Q)…(切线的)斜率；αL…最小斜率；I…电源电流；Ib(t)…电流值；EP…外部直流电源。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1表示本实施方式所涉及的二次电池1(以下，也仅称为“电池1”)的立体图。该电池1由长方体箱状的电池壳体10、收容在该电池壳体的内部的扁平状卷绕型的电极体20及电解液15、由电池壳体10支承的正极端子部件30及负极端子部件40等构成。在本实施方式中，作为正极活性物质，使用锂过渡金属复合氧化物，具体而言使用锂镍钴锰氧化物，作为负极活性物质，使用碳材料，具体而言使用石墨。
接着，对包括评价上述电池1的电池内部的绝缘性的绝缘检查方法的电池1的制造方法进行说明(参照图2～图5)。首先，在“组装工序S1”中(参照图2)，组装未充电的电池1(参照图1)。
接下来，在“初次充电工序S2”中(参照图2)，对组装后的电池1进行初次充电。具体而言，使用束缚夹具(未图示)，在电池厚度方向上以压缩的状态束缚电池1。在该束缚状态下，从初次充电工序S2进行到后述的绝缘检查工序S6。
然后，在电池1连接充放电装置(未图示)，在环境温度20℃下通过恒流恒压(CCCV)充电将电池1初次充电到SOC90％。此外，在本实施方式中，将在电池1中蓄积有最大电荷量QF的状态设为SOC100％。若将该初次充电进行到SOC100％，则在初次充电中容易产生Li析出，另外，在接下来的高温老化工序S3中，正极活性物质容易劣化，因此优选初次充电设为SOC90％左右以下。
接下来，在“高温老化工序S3”中(参照图2)，将初次充电后的电池1在环境温度63℃的温度下、端子开放的状态下放置6小时，进行高温老化。若进行该高温老化，则电池1的电池电压V降低，成为相当于SOC80％左右的电池电压。
接下来，在“冷却工序S4”中(参照图2)，将电池1放置在环境温度20℃中，进行放置冷却，从而使电池温度成为20℃。
接下来，在“电荷量调整工序S5”中(参照图2)，在环境温度20℃下，通过恒流恒压(CCCV)充电对电池1进行充电，电池1中蓄积的电荷量Q被调整为预先决定的初始电荷量Q0。
此处，对该初始电荷量Q0的选择方法进行说明。若将电池1考虑为电容器，则在电池电压V、电池容量C以及电池1中蓄积的电荷量Q之间，V＝Q/C的关系应该成立(电池电压V与电荷量Q成比例)。但是，实际上，从图3中实线所示的电荷量－电池电压曲线CL可知，电池电压V不与电荷量Q成比例。即，如图3中虚线所示，电荷量－电池电压曲线CL中的切线的斜率α(Q)＝ΔV/ΔQ根据电荷量Q的大小而变化。此外，图3所示的斜率α(Q)的图表是根据每SOC1％得到的电荷量Q和电池电压V计算斜率α(Q)＝ΔV/ΔQ而得到的图表。
而且，考虑与电荷量Q的大小对应的局部的电池容量亦即局部电池容量Cp(Q)＝ΔQ/ΔV。于是，由于该局部电池容量Cp(Q)是上述斜率α(Q)的倒数(Cp(Q)＝1/α(Q))，所以可知局部电池容量Cp(Q)也根据电荷量Q的大小而变化。
因此，越以该局部电池容量Cp(Q)变小(倒数的斜率α(Q)变大)的初始电荷量Q0进行后述的绝缘检查工序S6，由于轻微的电荷量Q的减少，电池电压V越大幅度减少，另外，流过后述的检查电路100(参照图4)的电源电流I越大幅度增加。由此，能够缩短直到电源电流I收敛为止的收敛时间ts，并能够缩短检查时间。因此，在该绝缘检查工序S6之前的电荷量调整工序S5中，作为初始电荷量Q0，选择随着局部电池容量Cp(Q)变小而斜率α(Q)变大的初始电荷量Q0。
具体而言，首先，找出电荷量－电池电压曲线CL中的切线的斜率α(Q)最小的电荷量Q(最小斜率电荷量QL)、以及该最小斜率电荷量QL处的切线的斜率α(QL)(＝αL)。在本实施方式的电池1中，如图3所示，斜率α(Q)是W型的曲线，在电荷量0～电荷量Q3(SOC0％～SOC17％)的范围中，电荷量Q越多，斜率α(Q)越小，在电荷量Q3～电荷量Q5(SOC17％～SOC28％)的范围中，电荷量Q越多，α(Q)越大，在电荷量Q5～电荷量Q7(SOC28％～SOC52％)的范围中，电荷量Q越多，α(Q)越小，在电荷量Q7～电荷量QF(SOC52％～SOC100％)的范围中，电荷量Q越多，α(Q)越大。另外，在该电池1中，在电荷量Q3(SOC17％)处，斜率α(Q)最小，因此最小斜率电荷量是QL＝Q3。
接下来，从斜率α(Q)成为最小斜率αL的2倍以上(α(Q)≥2αL)的电荷量Q的范围QR2内选择初始电荷量Q0。在本实施方式中，如图3所示，该电荷量Q的范围QR2由三个范围QR2a、QR2b、QR2c构成，范围QR2a是0≤Q≤Q2(SOC0％～SOC13％)，范围QR2b是Q4≤Q≤Q6(SOC23％～SOC33％)，范围QR2c是Q8≤Q≤QF(SOC65％～SOC100％)。若从该范围QR2内选择初始电荷量Q0，则能够使绝缘检查工序S6中的局部电池容量Cp(Q0)与最小斜率电荷量QL处的局部电池容量Cp(QL)相比成为1/2以下的大小。由此，在绝缘检查工序S6中，与将最小斜率电荷量QL设为初始电荷量Q0的情况(Q0＝QL)相比，能够将直到电源电流I收敛为止的收敛时间ts大幅缩短到1/2以下，并能够大幅缩短检查时间。
进而，在本实施方式中，也可以从斜率α(Q)成为最小斜率αL的3倍以上(α(Q)≥3αL)的电荷量Q的范围QR3内选择初始电荷量Q0。如图3所示，该电荷量Q的范围QR3由两个范围QR3a、QR3b构成，范围QR3a是0≤Q≤Q1(SOC0％～SOC12％)，范围QR3b是Q9≤Q≤QF(SOC78％～SOC100％)。若从该范围QR3内选择初始电荷量Q0，则能够使绝缘检查工序S6中的局部电池容量Cp(Q0)与最小斜率电荷量QL处的局部电池容量Cp(QL)相比成为1/3以下的大小。由此，在绝缘检查工序S6中，能够进一步缩短直到电源电流I收敛为止的收敛时间ts，并能够进一步缩短检查时间。
另外，也可以从上述的电荷量Q的范围QR2中的比最小斜率电荷量QL大的电荷量Q的范围QR2H(QR2b、QR2c)，具体而言从Q4≤Q≤Q6(SOC23％～SOC33％)、Q8≤Q≤QF(SOC65％～SOC100％)中选择初始电荷量Q0。还可以从上述的电荷量Q的范围QR3中的比最小斜率电荷量QL大的电荷量Q的范围QR3H(QR3b)，具体而言从Q9≤Q≤QF(SOC78％～SOC100％)中选择初始电荷量Q0。由此，能够防止在绝缘检查工序S6中由于电池温度的轻微变动而电源电流I变动较大。
此外，在本实施方式中，也可以从电荷量Q的范围QR3H(QR3b)，具体而言从Q9≤Q≤QF(SOC78％～SOC100％)中选择初始电荷量Q0，以便满足上述的所有条件。在本实施方式中，具体而言，在该电荷量调整工序S5中，将电池1调整为SOC90％。
接下来，进行“绝缘检查工序S6”(参照图2)。该绝缘检查工序S6在环境温度20℃下进行。绝缘检查工序S6包括电压施加工序S61、电流检测工序S62、评价工序S63。首先，在“电压施加工序S61”中，从外部直流电源EP向电池1持续施加与检查前电池电压V0相等的输出电压Vb(Vb＝V0)，从外部直流电源EP向电池1持续流过电源电流I(参照图4)。即，在电池1连接外部直流电源EP，构成检查电路100。具体而言，使外部直流电源EP的一对探针P1、P2分别与电池1的正极端子部件30以及负极端子部件40接触。
在本实施方式中，作为该检查电路100的等效电路，假定图4所示的等效电路。作为电池1的等效电路，假定在电池容量C和电池1的自放电电阻Rp的并联电路上串联连接电池电阻Rs，并对它们施加外部直流电源EP的输出电压Vb。电池容量C是电池1(电池组分1C)的电池容量，自放电电阻Rp主要是由于电池1的内部短路而产生的电阻，电池电阻Rs是电池1的直流电阻。另外，在检查电路100中，布线电阻Rw是分布在外部直流电源EP内、以及从外部直流电源EP到探针P1、P2的布线电阻。另外，接触电阻R1是外部直流电源EP的一个探针P1与电池1的正极端子部件30的接触电阻，接触电阻R2是外部直流电源EP的另一个探针P2与电池1的负极端子部件40的接触电阻。而且，将布线电阻Rw、接触电阻R1、R2以及电池电阻Rs之和(Re＝Rw+R1+R2+Rs)设为该检查电路100的串联电路电阻Re。
另外，电源电流I是从外部直流电源EP流向电池1的电流，自放电电流Ip是伴随自放电而流过电池1内(电池组件1C)的自放电电流。另外，外部直流电源EP除了能够可变且高精度地控制自身的直流电源EPE产生的输出电压Vb之外，还具有电压计EPV，能够计测电池电压V(V)。并且，外部直流电源EP具有电流计EPI，能够高精度地计测从外部直流电源EP(直流电源EPE)流向电池1的电源电流I的电流值Ib(μA)。
在电压施加工序S61中，首先在电流值Ib＝0的条件下，通过外部直流电源EP所包含的电压计EPV检测该电池1的电池电压V(检查前电池电压V0)。然后，对该电池1开始施加与该检查前电池电压V0相等的输出电压Vb(Vb＝V0)。
在开始施加输出电压Vb后(施加持续时间t＝0以后)，与电压施加工序S61并行进行“电流检测工序S62”。即，检测流过检查电路100的电源电流I的电流值Ib(t)。在本实施方式中，每次施加持续时间t经过1sec，便通过外部直流电源EP所包含的电流计EPI检测电流值Ib(t)。
此处，在图5中，针对良品以及不良品的各电池1，示出基于外部直流电源EP的输出电压Vb的施加持续时间t、输出电压Vb、电池电压V(t)以及电源电流I的电流值Ib(t)的关系的概要。如图5所示，无论在哪个电池中，随着施加持续时间t的经过，电池电压V(t)从检查前电池电压V0逐渐降低后，在施加持续时间t＝收敛时间ts以后，成为大致恒定的值(收敛电池电压Vs)。但是，与良品的电池1相比，不良品的电池1的电池电压V(t)大幅降低，因此收敛电池电压Vs也成为较低的值。
另一方面，无论在哪个电池中，随着施加持续时间t的经过，电流值Ib(t)从0(零)逐渐增加后，在施加持续时间t＝收敛时间ts以后，成为大致恒定的值(收敛电流值Ibs)。但是，与良品的电池1相比，不良品的电池1的电流值Ib(t)大幅增加，因此收敛电流值Ibs也成为较大的值。
在本实施方式中，如上所述，从满足α(Q)≥2αL的电荷量Q的范围QR2(QR2a、QR2b、QR2c)中选择初始电荷量Q0。并且，也可以从满足α(Q)≥3αL的电荷量Q的范围QR3(QR3a、QR3b)中选择初始电荷量Q0。在本实施方式中，具体而言，选择相当于SOC90％的初始电荷量Q0。由此，与设为初始电荷量Q0＝QL的情况相比，能够大幅缩短收敛时间ts。虽然省略详细的实验结果，但与设为初始电荷量Q0＝QL的情况相比，能够使收敛时间ts缩短到1/2以下、进而1/3以下、具体而言大致1/4左右。因此，能够大幅缩短绝缘检查工序S6(电流检测工序S62)所需的检查时间。
此外，在本实施方式中，从上述的电荷量Q的范围QR2中的比最小斜率电荷量QL大的电荷量Q的范围QR2H选择初始电荷量Q0(相当于SOC90％)。并且，也可以从上述的电荷量Q的范围QR3中的比最小斜率电荷量QL大的电荷量Q的范围QR3H选择初始电荷量Q0。由此，能够防止在绝缘检查工序S6(电流检测工序S62)中由于电池温度的轻微变动而电源电流I变动较大的情况。
此外，如果该电流检测工序S62结束，则停止从外部直流电源EP向电池1的电压施加，也结束电压施加工序S61。然后，使外部直流电源EP与电池1分离，进而解除电池1通过束缚夹具(未图示)的压缩。
另外，在“评价工序S63”中，通过流过检查电路100的电源电流I收敛的状况，即，基于在电流检测工序S62中检测到的收敛电流值Ibs的大小来评价电池1的电池内部的绝缘性。在本实施方式中，在收敛电流值Ibs大于基准电流值Ibk的情况下(Ibs＞Ibk)，将该电池1判定为绝缘性低且产生内部短路的不良品，除去该电池1。另一方面，在收敛电流值Ibs为基准电流值Ibk以下的情况下(Ibs≤Ibk)，将该电池1判定为绝缘性高的良品。然后，对良品的电池1进行其它检查等。如此，电池1完成。
在以上，根据实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于实施方式，在不脱离其主旨的范围内，当然能够进行适当地变更来应用。
例如，在实施方式中，在电池1的制造过程中进行电池1的绝缘检查，但不限于此。也能够对搭载于汽车等、或者单独放置于市场后的使用完毕的电池1进行电池1的绝缘检查。
另外，在实施方式的电压施加工序S61中，将从外部直流电源EP向电池1施加的输出电压Vb设为恒定(Vb＝V0)，而不管施加持续时间t的经过，但不限于此。例如，如专利文献2所记载那样，也列举有如下方法：电压施加开始时(施加持续时间t＝0)的输出电压Vb设为与电池1的检查前电池电压V0相等的大小(Vb＝V0)，另一方面，使施加开始后的输出电压Vb逐渐或者阶梯式上升。

Claims (3)

1.一种二次电池的绝缘检查方法，在蓄积有预先决定的初始电荷量(Q0)的二次电池(1)连接外部直流电源(EP)来构成检查电路(100)，通过流过该检查电路(100)的电源电流(I)收敛的状况来评价上述二次电池(1)的绝缘性，
在上述二次电池的绝缘检查方法中，
当将表示关于上述二次电池(1)的电荷量(Q)和电池电压(V)的关系的电荷量－电池电压曲线(CL)中的切线的斜率(α(Q))最小的电荷量(Q)设为最小斜率电荷量(QL)，将上述最小斜率电荷量(QL)处的上述切线的斜率(α(QL))设为最小斜率(αL)时，
从上述斜率(α(Q))为上述最小斜率(αL)的2倍以上(α(Q)≥2αL)的上述电荷量(Q)的范围(QR2)内选择上述初始电荷量(Q0)。
2.根据权利要求1所述的二次电池的绝缘检查方法，其中，
从上述斜率(α(Q))为上述最小斜率(αL)的3倍以上(α(Q)≥3αL)的上述电荷量(Q)的范围(QR3)内选择上述初始电荷量(Q0)。
3.根据权利要求1或2所述的二次电池的绝缘检查方法，其中，
从大于上述最小斜率电荷量(QL)的上述电荷量(Q)的范围(QR2H、QR3H)内选择上述初始电荷量(Q0)。
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