JP2007128762A - 測定装置及び測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電荷移動中における正極電極の厚さ寸法の変化量と負極電極の厚さ寸法の変化量とを別々に測定することができる測定装置及び測定方法を得る。
【解決手段】測定装置１０では、セラミックス製のセパレータ１２と第１挟持部材１６との間で正極電極２４が挟持され、セパレータ１２と第２挟持部材１８との間で負極電極２６が挟持されている。また、第１変位計３０は、第１挟持部材１６のセパレータ１２に対する相対移動量、すなわち正極電極２４の厚さ寸法の変化量を測定し、第２変位計３４は、第２挟持部材１８のセパレータ１２に対する相対移動量、すなわち負極電極２６の厚さ寸法の変化量を測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池などの電池における電荷移動中の厚さ寸法の変化量を測定するための測定装置及び測定方法に関する。

電池の充放電中（すなわち電荷移動中）の厚さ寸法の変化量を測定するための測定装置としては、電池を載置する台座と、台座の上方に設けられ、台座上の電池に当接して該電池の厚さ寸法を測定する高さゲージとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このような測定装置では、充放電中における電池全体の厚さ寸法の変化量を測定することは可能であるが、正極電極の厚さ寸法の変化量と負極電極の厚さ寸法の変化量とを別々に測定することはできない。
特開２００４−４７２１９号公報

本発明は、上記事実を考慮し、電荷移動中における正極電極の厚さ寸法の変化量と負極電極の厚さ寸法の変化量とを別々に測定することができる測定装置及び測定方法を得ることを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明の測定装置は、電解液が含浸された一対の電極を有すると共に前記電解液中のイオンが前記一対の電極間で移動することで電荷移動可能な電池における電荷移動中の前記一対の電極の厚さ寸法の変化量を測定するための測定装置であって、イオンが透過可能でかつ非電子導電性を有する仕切部材と、前記仕切部材の一側に配置されると共に前記仕切部材に対して相対移動可能とされ、前記一対の電極のうちの一方を前記仕切部材との間で挟持する第１挟持部材と、前記仕切部材の他側に配置されると共に前記仕切部材に対して相対移動可能とされ、前記一対の電極のうちの他方を前記仕切部材との間で挟持する第２挟持部材と、前記仕切部材と前記第１挟持部材と前記第２挟持部材との相対移動量を別々に測定可能な測定手段と、を備えたことを特徴としている。

なお、請求項１記載の非電子導電性とは絶縁性のことである。

請求項１記載の測定装置では、仕切部材と第１挟持部材との間で挟持された一方の電極、及び仕切部材と第２挟持部材との間で挟持された他方の電極には電解液が含浸されており、電解液中のイオンが仕切部材を透過して一対の電極間を移動することで電荷が移動される。このように電荷が移動されることで、一対の電極の厚さ寸法が変化すると、仕切部材と第１挟持部材と第２挟持部材とが相対移動する。

ここで、この測定装置では、仕切部材と第１挟持部材と第２挟持部材との相対移動量を別々に測定可能な測定手段を備えている。したがって、仕切部材と第１挟持部材と第２挟持部材との３つの部材の相対移動量のうちの少なくとも２つを測定手段によって測定できれば、当該２つの測定値（相対移動量）に基づいて一方の電極の厚さ寸法の変化量と、他方の電極の厚さ寸法の変化量とを直接的又は間接的に測定することができる。

請求項２に係る発明の測定装置は、請求項１記載の測定装置において、前記測定手段は、前記仕切部材に対する前記第１挟持部材の相対移動量を測定する第１変位計と、前記仕切部材に対する前記第２挟持部材の相対移動量を測定する第２変位計とを備えたことを特徴としている。

請求項２記載の測定装置では、第１変位計によって仕切部材に対する第１挟持部材の相対移動量すなわち一方の電極の厚さ寸法の変化量を測定できると共に、第２変位計によって仕切部材に対する第２挟持部材の相対移動量すなわち他方の電極の厚さ寸法の変化量を測定できる。

請求項３に係る発明の測定装置は、請求項２記載の測定装置において、前記仕切部材と前記第１変位計とを連結する第１連結部材、及び、前記仕切部材と前記第２変位計とを連結する第２連結部材のうち少なくとも一方を備えたことを特徴としている。

請求項３記載の測定装置では、第１連結部材を備えている場合、第１変位計の仕切部材に対する相対移動を規制できるので、仕切部材に対する第１挟持部材の相対移動量を正確に測定できる。また、第２連結部材を備えている場合、第２変位計の仕切部材に対する相対移動を規制できるので、仕切部材に対する第２挟持部材の相対移動量を正確に測定できる。

請求項４に係る発明の測定装置は、請求項１記載の測定装置において、前記測定手段は、前記第１挟持部材に対する前記仕切部材の相対移動量を測定する第１変位計と、前記第１挟持部材に対する前記２挟持部材の相対移動量を測定する第２変位計とを備えたことを特徴としている。

請求項４記載の測定装置では、第１変位計によって第１挟持部材に対する仕切部材の相対移動量すなわち一方の電極の厚さ寸法の変化量を測定できると共に、第２変位計によって第１挟持部材に対する第２挟持部材の相対移動量すなわち一方の電極の厚さ寸法の変化量と他方の電極の厚さ寸法の変化量との和を測定できる。

請求項５に係る発明の測定装置は、請求項４記載の測定装置において、前記仕切部材と前記第１変位計とを連結する第１連結部材、及び、前記第１挟持部材と前記第２変位計とを連結する第２連結部材のうち少なくとも一方を備えたことを特徴としている。

請求項５記載の測定装置では、第１連結部材を備えている場合、第１挟持部材に対する仕切部材の相対移動に連動して第１変位計を移動させることができるので、第１挟持部材に対する仕切部材の相対移動量を正確に測定できる。また、第２連結部材を備えている場合、第１挟持部材に対する第２変位計の相対移動を規制できるので、第１挟持部材に対する第２挟持部材の相対移動量を正確に測定できる。

請求項６に係る発明の測定装置は、請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の測定装置において、前記仕切部材は、非圧縮性を有する材料により形成されることを特徴としている。

請求項６記載の測定装置では、少なくとも第１挟持部材及び第２挟持部材による挟持状態及び非挟持状態で、仕切部材の厚さ寸法が変化することがないので、仕切部材と第１挟持部材と第２挟持部材との相対移動量を測定する際に、仕切部材の厚さ寸法の変化を考慮する必要がなく、測定が容易である。

請求項７に係る発明の測定装置は、請求項１乃至請求項６の何れか１項記載の測定装置において、前記仕切部材は、セラミックスにより板状に形成されると共に板厚方向に貫通する複数の貫通孔を有することを特徴としている。

請求項７記載の測定装置では、仕切部材がセラミックスにより形成されているため、少なくとも第１挟持部材及び第２挟持部材による挟持状態及び非挟持状態で、仕切部材の厚さ寸法が変化することがない。したがって、仕切部材と第１挟持部材と第２挟持部材との相対移動量を測定する際に、仕切部材の厚さ寸法の変化を考慮する必要がなく測定が容易であると共に測定誤差を少なくできる。しかも、この仕切部材には、板厚方向に貫通する複数の貫通孔が形成されているため、これら複数の貫通孔を介して電解液中のイオンを透過させることができる。

請求項８に係る発明の測定装置は、請求項７記載の測定装置において、前記仕切部材は、厚さ寸法が１ｍｍ乃至５ｍｍとされ、隣接する前記貫通孔の孔間隔が０．１ｍｍ乃至０．５ｍｍとされることを特徴としている。

請求項８記載の測定装置では、セラミックス製の仕切部材の厚さ寸法が１ｍｍ乃至５ｍｍとされているため充分な剛性を確保できると共に、隣接する貫通孔の孔間隔が０．１ｍｍ乃至０．５ｍｍとされているため良好なイオン透過性を確保できる。

請求項９に係る発明の測定装置は、請求項１乃至請求項８の何れか１項記載の測定装置において、第１挟持部材と第２挟持部材との間に形成され、前記電解液が封入されるセル部と、前記セル部の内圧上昇を抑制する内圧開放機構とを備えたことを特徴としている。

請求項９記載の測定装置では、電荷移動により一対の電極がガスを発生した場合でも、内圧開放機構によってセル部の内圧上昇が抑制されるので、当該内圧上昇によって第１挟持部材や第２挟持部材が不要に変位することを抑制でき、これにより、測定誤差が生じることを抑制できる。

請求項１０に係る発明の測定方法は、電解液が含浸された一対の電極を有すると共に前記電解液中のイオンが前記一対の電極間で移動することで電荷移動可能な電池における電荷移動中の前記一対の電極の厚さ寸法の変化量を測定するための測定方法であって、イオンが透過可能でかつ非電子導電性を有する仕切部材と、前記仕切部材の一側に配置され、前記仕切部材に対して相対移動可能とされた第１挟持部材との間で前記一対の電極のうちの一方を挟持すると共に、前記仕切部材の他側に配置され、前記仕切部材に対して相対移動可能とされた第２挟持部材と、前記仕切部材との間で前記一対の電極のうちの他方を挟持し、かつ、前記仕切部材と前記第１挟持部材と前記第２挟持部材との相対移動量を別々に測定することを特徴としている。

なお、請求項１０記載の非電子導電性とは絶縁性のことである。

請求項１０記載の測定方法では、仕切部材と第１挟持部材との間で挟持された一方の電極、及び仕切部材と第２挟持部材との間で挟持された他方の電極には電解液が含浸されており、電解液中のイオンが仕切部材を透過して一対の電極間を移動することで電荷が移動される。このように電荷が移動されることで、一対の電極の厚さ寸法が変化すると、仕切部材と第１挟持部材と第２挟持部材とが相対移動する。

ここで、この測定方法では、仕切部材と第１挟持部材と第２挟持部材との相対移動量を別々に測定する。これにより、仕切部材と第１挟持部材と第２挟持部材との３つの部材の相対移動量のうちの少なくとも２つを測定できれば、当該２つの測定値（相対移動量）に基づいて一方の電極の厚さ寸法の変化量と、他方の電極の厚さ寸法の変化量とを直接的又は間接的に測定することができる。

以上説明したように、本発明の測定装置及び測定方法によれば、電荷移動中における正極電極の厚さ寸法の変化量と負極電極の厚さ寸法の変化量とを別々に測定することができる。

＜第１の実施の形態＞
図１には、本発明の第１の実施の形態に係る測定装置１０の構成が概略的な正面図にて示されている。

測定装置１０は、仕切部材としてのセパレータ１２を備えている。セパレータ１２は、セラミックス（本実施の形態では、マセライト）により板状に形成されたものであり、非電子導電性すなわち絶縁性を備えている。セパレータ１２には、板厚方向に貫通する複数の貫通孔１４が形成されている。なお、本実施の形態では、セパレータ１２は、厚さ寸法が２ｍｍとされ、貫通孔１４の孔径が０．３ｍｍとされ、隣接する貫通孔１４の孔間隔が０．５ｍｍとされている。

セパレータ１２の板厚方向一側（図１では右側）には、一端側（図１では左側）が開口した箱状に形成された第１挟持部材１６が配置されている。第１挟持部材１６は、セパレータ１２に対して接離する方向（図１では左右方向）へ相対移動可能に支持されており、図示しない付勢部材によって常にセパレータ１２側へ付勢されている。

セパレータ１２の板厚方向他側（図１では左側）には、一端側（図１では右側）が開口した箱状に形成された第２挟持部材１８が配置されている。第２挟持部材１８は、セパレータ１２に対して接離する方向（図１では左右方向）へ相対移動可能に支持されており、図示しない付勢部材によって常にセパレータ１２側へ付勢されている。

なお、第１挟持部材１６とセパレータ１２との間、及び第２挟持部材１８とセパレータ１２との間には図示しないパッキンが設けられており、第１挟持部材１６及び第２挟持部材の内部には密閉空間（セル部２０）が形成されている。

セル部２０内には、電池２２（本実施の形態では、リチウムイオン二次電池）を構成する一対の電極としての正極電極２４及び負極電極２６が収容されている。正極電極２４及び負極電極２６は共にシート状に形成されている。

正極電極２４は、第１挟持部材１６の底壁１６Ａとセパレータ１２との間に配置されており、第１挟持部材１６に作用する図示しない付勢部材の付勢力によって第１挟持部材１６とセパレータ１２との間で挟持されている。

また、負極電極２６は、第２挟持部材１８の底壁１８Ａとセパレータ１２との間に配置されており、第２挟持部材１８に作用する図示しない付勢部材の付勢力によって第２挟持部材１８とセパレータ１２との間で挟持されている。

また、正極電極２４及び負極電極２６には、それぞれ第１挟持部材１６及び第２挟持部材１８に設けられた図示しない端子が接続されており、これらの端子を介して正極電極２４と負極電極２６に対し図示しない充電器や負荷を接続できるようになっている。

なお、第１挟持部材１６をセパレータ１２側へ付勢する上記付勢部材の付勢力と、第２挟持部材１８をセパレータ１２側へ付勢する上記付勢部材の付勢力とは、正極電極２４と負極電極２６とが共に５Ｋｇ／ｍｍ^２程度の圧力でセパレータ１２に押し付けられるように設定することが望ましい。

一方、セル部２０内には、リチウムイオン二次電池用の電解液２８が封入されており、正極電極２４と負極電極２６には、電解液２８が含浸されている。また、この電解液２８は、セパレータ１２に形成された複数の貫通孔１４の内部にも入り込んでおり、電解液２８中のリチウムイオンは、複数の貫通孔１４を介してセパレータ１２を板厚方向に透過できるようになっている。

また、第１挟持部材１６を介してセパレータ１２とは反対側には、第１変位計３０が配置されている。第１変位計３０は、第１連結部材としてのＬ字状のアーム３２の一端部に取り付けられており、アーム３２の他端部はセパレータ１２の一端部に連結されている。これにより、第１変位計３０は、アーム３２によってセパレータ１２に対し相対移動不能に連結されている。この第１変位計３０は、第１挟持部材１６のセパレータ１２に対する相対移動量を測定できるようになっている。

さらに、第２挟持部材１８を介してセパレータ１２とは反対側には、第２変位計３４が配置されている。第２変位計３４は、第２連結部材としてのＬ字状のアーム３６の一端部に取り付けられており、アーム３６の他端部はセパレータ１２の一端部に連結されている。これにより、第２変位計３４は、アーム３６によってセパレータ１２に対し相対移動不能に連結されている。この第２変位計３４は、第２挟持部材１８のセパレータ１２に対する相対移動量を測定できるようになっている。

次に、本第１の実施の形態の作用について説明する。

上記構成の測定装置１０では、正極電極２４及び負極電極２６に対し、図示しない端子を介して図示しない充電器又は負荷が接続されると、電解液２８中のリチウムイオンがセパレータ１２の複数の貫通孔１４を介してセパレータ１２を透過し、正極電極２４と負極電極２６との間を移動する。これにより、正極電極２４と負極電極２６との間で電荷が移動し電池２２が充電又は放電される。このように電池２２が充放電されることで、正極電極２４と負極電極２６との厚さ寸法が変化すると、第１挟持部材１６及び第２挟持部材１８が図示しない付勢部材の付勢力に抗してセパレータ１２に対し相対移動する。

ここで、この測定装置１０では、第１挟持部材１６のセパレータ１２に対する相対移動量、すなわち正極電極２４の厚さ寸法の変化量は、第１変位計３０によって測定され、第２挟持部材１８のセパレータ１２に対する相対移動量、すなわち負極電極２６の厚さ寸法の変化量は、第２変位計３４によって測定される。

このように、本第１の実施の形態に係る測定装置１０では、充放電中における正極電極２４の厚さ寸法の変化量と負極電極２６の厚さ寸法の変化量とを別々に測定することができる。

しかも、本第１の実施の形態に係る測定装置１０では、第１変位計３０及び第２変位計３４は、アーム３２及びアーム３６によってセパレータ１２に連結されており、第１変位計３０及び第２変位計３４のセパレータ１２に対する相対移動が規制されている。したがって、第１挟持部材１６のセパレータ１２に対する相対移動量、及び、第２挟持部材１８のセパレータ１２に対する相対移動を、セパレータ１２を基準として正確に測定できる。なお、アーム３２及びアーム３４が省略された場合には、セパレータ１２、第１変位計３０、及び第２変位計３４をそれぞれ架台等に取り付けてこれらが相対移動しないように支持する必要がある。

さらに、本第１の実施の形態に係る測定装置１０では、セパレータ１２がセラミックスにより形成されているため剛性が高く変形が少ない。したがって、第１変位計３０及び第２変位計３４により第１挟持部材１６及び第２挟持部材１８のセパレータ１２に対する相対移動量を測定する際に、セパレータ１２の厚さ寸法の変化を考慮する必要がなく測定が容易であると共に、測定誤差を少なくできる。しかも、このセパレータ１２には、板厚方向に貫通する複数の貫通孔１４が形成されているため、これら複数の貫通孔１４を介して電解液２８中のリチウムイオンがセパレータ１２を透過することができる。

ところで、本第１の実施の形態に係る測定装置１０のように、電解液２８が含浸された正極電極２４と負極電極２６とを、複数の貫通孔１４が形成されたセラミックス製のセパレータ１２を介して対向させた場合、充放電に伴う正極活物質あたりの放電容量は、セパレータ１２の厚さ寸法、貫通孔１４の孔径、及び、隣接する貫通孔１４の孔間隔（又は貫通孔１４の開口率）に基づいて決定される。

以下に示す表１には、厚さ寸法、貫通孔の孔径、隣接する貫通孔の孔間隔、貫通孔の開口率が異なる複数種類のセラミックス（マセライト）製セパレータ（表１の＃１〜＃７のもの）を用意し、これらのセパレータを介して一般的なリチウムイオン二次電池の正極電極と負極電極とを対向させると共に、これら正極電極と負極電極にリチウムイオン二次電池用電解液を含浸させて４．１Ｖ／３．０Ｖ定電圧充放電試験を行い、正極活物質あたりの放電容量（充放電性能）を測定したときの測定結果が示されている。

なお、表１では、一般的にリチウムイオン二次電池に使用されている厚さ寸法が２５μｍで開口率が７５％のポリプロピレン（ＰＰ）製セパレータの放電容量比を１００％とした場合の各セラミックス製セパレータの放電容量比が示されている。この場合、上記放電容量比が９０％以上（より好ましくは９５％以上）であれば、上記ポリプロピレン製セパレータとほぼ同等の放電容量が得られるものとみなすことができる。

表１より、開口率が２２．７％以上、厚さ寸法が２．０ｍｍ以下、貫通孔の孔間隔が０．５ｍｍ以下を満足するセラミックス製セパレータ（表１の＃１〜＃４のもの）では、上記ポリプロピレン製セパレータとほぼ同等の放電容量が得られることが解る。

また、本第１の実施の形態に係るセパレータ１２のように、厚さ寸法が２ｍｍ、貫通孔１４の孔径が０．３ｍｍ、隣接する貫通孔１４の孔間隔が０．５ｍｍのもの（表１の＃２のもの）では、上記ポリプロピレン製セパレータと比較して９９％の極めて高い放電容量が得られることが解る。

なお、上記第１の実施の形態に係る測定装置１０では、第１挟持部材１６及び第２挟持部材１８をセパレータ１２側へ付勢する図示しない各付勢部材が、第１挟持部材１６の底壁１６Ａと第２挟持部材１８の底壁１８Ａの各中央部（セパレータ１２を介して点対称な位置）を同じ付勢力でセパレータ１２側へ押圧するように構成することが望ましい。このように構成することで、セパレータ１２に作用する荷重のバランスが良好になるので、セパレータ１２の厚さ寸法を低下させることができ、良好なイオン透過性を確保することができる。

次に、本発明の他の実施の形態について説明する。なお、前記第１の実施の形態と基本的に同様の構成・作用については、前記第１の実施の形態と同符号を付与し、その説明を省略する。
＜第２の実施の形態＞
図２には、本発明の第２の実施の形態に係る測定装置５０の構成が正面図にて示されている。また、図３には、この測定装置５０の構成が上面図にて示されている。さらに、図４には、この測定装置５０の構成が右側面図にて示されており、図５には、この測定装置５０の構成が左側面図にて示されている。

これらの図に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る測定装置５０は、架台５２を備えており、架台５２は、板状に形成されたベースプレート５４を有している。ベースプレート５４の上面には、複数（本実施の形態では４個）のインシュレータ５６が複数本のボルトによって取り付けられており、各インシュレータ５６の上部には、板状に形成された支持プレート５８がボルトによって取り付けられている。

支持プレート５８の上面には、支持プレート５８の一端側（図２及び図３では右側）において、板状の支持部６０が上方へ向けて立設されている。この支持部６０の板厚方向一側（図２及び図３では左側）には、筐体６２が取り付けられている。筐体６２は、円板状に形成された複数枚（本実施の形態では４枚）の第１プレート６４、第２プレート６６、第３プレート６８、及び第４プレート７０を有している。これらの第１プレート６４、第２プレート６６、第３プレート６８、及び第４プレート７０は、同じ外径で同じ厚さ寸法に形成されており、互いに板厚方向に重なった状態で同軸的に配置されている。

図６に示すように、第１プレート６４と第２プレート６６は、複数のボルト７２（本実施の形態では六角孔付きボルト）によって一体的に締結固定されており、また、図７に示すように、第１プレート６４、第２プレート６６、第３プレート６８、及び第４プレート７０は、複数本の長ネジ７４と複数個のナット７６によって一体的に締結固定されている（なお、図６及び図７、並びに、以下の説明で使用する図８及び図９では、説明の都合上、一部の部材のハッチングを省略してある）。

さらに、図６に示すように、第１プレート６４には、支持部６０を貫通するボルト７８が螺合しており、これにより、第１プレート６４、第２プレート６６、第３プレート６８、及び第４プレート７０は、支持部６０（架台５２）に一体的に締結固定されている。

第２プレート６６の中央部には、板厚方向に貫通する円孔８０が形成されており、この円孔８０内には、軸線方向寸法が短い円柱状に形成された第２挟持部材８２が同軸的に配置されている。第２挟持部材８２の外周部には溝が形成されており、この溝内にはＯリング８４が収容されている。Ｏリング８４は、内周部が第２挟持部材８２の外周部（上記溝の底面）に密着すると共に、外周部が円孔８０の内周部に密着している。この第２挟持部材８２は、円孔８０すなわち第２プレート６６に対して軸線方向移動可能とされている。

また、第１プレート６４の中央部には、板厚方向に貫通する円孔８６が形成されており、この円孔８６内には、有底円筒状に形成された閉止部材８８の側壁部分が嵌合している。閉止部材８８は、図示しない締結部材によって第１プレート６４に固定されており、底壁部分によって円孔８０の軸線方向一端側（第２プレート６６と反対側）を閉止している。閉止部材８８の内側には、圧縮コイルスプリング９０が収容されている。この圧縮コイルスプリング９０は、第２挟持部材８２を第３プレート６８側へ付勢している。

第２挟持部材８２と第３プレート６８との間には、仕切部材としての板状のセパレータ９２が設けられている。セパレータ９２は、前記第１の実施の形態に係るセパレータ１２と基本的に同様の構成とされているが、本第２の実施の形態では円板状に形成されている。このセパレータ９２は、第２プレート６６及び第２挟持部材８２と第３プレート６８との間に形成された空間（セル部９４）内に設けられており、圧縮コイルスプリング９０の付勢力によって第２挟持部材８２と第３プレート６８との間で挟持されている。なお、この測定装置５０では、第３プレート６８の中央部が第１挟持部材として機能する構成となっている。

図８に示すように、セル部９４内（第２挟持部材８２と第３プレート６８との間）には、前記第１の実施の形態に係る電池２２と同様構成の電池９６が設けられている。電池９６の正極電極２４（図６及び図７では図示省略）は、第２挟持部材８２とセパレータ９２との間に配置されており、第２挟持部材８２に作用する圧縮コイルスプリング９０の付勢力によって第２挟持部材８２とセパレータ９２との間で挟持されている。

また、電池９６の負極電極（図６及び図７では図示省略）２６は、第３プレート６８とセパレータ９２との間に配置されており、第２挟持部材８２に作用する圧縮コイルスプリング９０の付勢力が、正極電極２４を介してセパレータ９２に作用することで、第３プレート６８とセパレータ９２との間で挟持されている。なお、圧縮コイルスプリング９０の付勢力は、正極電極２４と負極電極２６とを５ｋｇ／ｃｍ^２程度の圧力で押え付けるように設定することが望ましい。

正極電極２４及び負極電極２６には、それぞれメス端子１０２（図９参照）が電気的に接続されている。メス端子１０２は、第３プレート６８及び第４プレート７０に形成された貫通孔内に取り付けられており、オス端子１０４が差し込まれる差込口が第４プレート７０の軸線方向一端側へ露出している。オス端子１０４には図示しない配線が接続されており、これらの配線、オス端子１０４、及びメス端子１０２を介して正極電極２４及び負極電極２６に対し図示しない充電器や負荷を接続できるようになっている。なお、上記配線の途中には、図示しない電流計及び電圧計が接続されており、正極電極２４と負極電極２６との間を流れる電流値、及び、正極電極２４と負極電極２６との間に印加される電圧値を計れるようになっている。

一方、第３プレート６８には、セパレータ９２の外周部に対向する位置に、板厚方向に貫通する複数（本実施の形態では６個）の円孔１０８が形成されている。これらの円孔１０８は、セパレータ９２の外周部に沿って等間隔に配置されており、これらの円孔１０８内には、円柱状に形成されて第１連結部材を構成する摺動部材１１０が同軸的に収容されている。また、円孔１０８の内周部には溝が形成されており、これらの溝内にはＯリング１１２が収容されている。これらのＯリング１１２は、外周部が円孔１０８の内周部（上記溝の底面）に密着すると共に内周部が摺動部材１１０の外周部に密着しており、前述したＯリング８４と共にセル部９４を密閉している。

各摺動部材１１０は、各円孔１０８すなわち第３プレート６８に対して軸線方向移動可能とされており、各摺動部材１１０の軸線方向一端部（第２プレート６６側の端部）には、セパレータ９２がボルト１１４によって一体的に締結固定されている。

また、図７及び図９に示すように、第４プレート７０には、摺動部材１１０の軸線方向他端部に対向する位置に、板厚方向に貫通する円孔１１６が形成されている。これらの円孔１１６内には、第１連結部材を構成する継手部材１１８が収容されている。継手部材１１８の軸線方向一端部には雄ねじ部が突設されており、この雄ねじ部は摺動部材１１０の軸線方向他端部に形成された雌ねじ部に螺合している。これにより、各継手部材１１８は各摺動部材に一体的に連結されている。また、各継手部材１１８の軸線方向他端部は、第４プレート７０の軸線方向一端側（第３プレート６８と反対側）へ突出している。

第４プレート７０の軸線方向一端側には、円板状に形成されて第１連結部材を構成する取付プレート１２０が、第４プレート７０に対して所定の空隙を有する状態で同軸的に配置されている。取付プレート１２０の外周部には、各継手部材１１８の軸線方向他端部がボルト１２２によって一体的に締結固定されている。このため、取付プレート１２０、各継手部材１１８、各摺動部材１１０、及びセパレータ９２は、第４プレート７０、第３プレート６８、第２プレート６６、及び第１プレート６４に対して一体的に軸線方向へ相対移動可能とされている。

取付プレート１２０の軸線方向一端側（第４プレート７０と反対側）の中央部には、第１連結部材を構成する取付部材１２４によって第１変位計１２６が取り付けられている。第１変位計１２６の先端側は、取付プレート１２０の中央部に形成された貫通孔１２７及び第４プレート７０の中央部に形成された貫通孔１２９を同軸的に貫通しており、第１変位計１２６の先端部（センサヘッド）は第３プレート６８に当接している。この第１変位計１２６は、取付プレート１２０（すなわちセパレータ９２）の第３プレート６８に対する相対移動量を測定できるようになっている。

また、前述した閉止部材８８の底壁の軸線方向一端側（圧縮コイルスプリング９０と反対側）には、第２連結部材を構成する取付部材１２８によって第２変位計１３０が取り付けられている。第２変位計１３０の先端側は、閉止部材８８の底壁中央部に形成された貫通孔１３１及び圧縮コイルスプリング９０の軸心部を同軸的に貫通しており、第２変位計１３０の先端部は第２挟持部材８２に当接している。この第２変位計１３０は、第２挟持部材８２の第３プレート６８に対する相対移動量を測定できるようになっている。なお、この測定装置１０では、第１プレート６４、第２プレート６６、閉止部材８８、及び取付部材１２８によって第２連結部材が構成されている。

一方、第１プレート６４の軸線方向一端側（第２プレート６６と反対側）と第４プレート７０の軸線方向一端側（第３プレート６８と反対側）には、それぞれ注液シリンジ１３２、１３４が配置されている。一方の注液シリンジ１３４の先端部にはコック１３６が取り付けられている。図６に示すように、コック１３６の先端側は、第４プレート７０に形成された貫通孔１３８内に配置されており、コック１３６の先端部は、第３プレート６６に取り付けられた筒状の継手１４０に連結されている。継手１４０の筒内はセル部９４内に連通しており、注液シリンジ１３４の内部は、コック１３６及び継手１４０を介してセル部９４内に連通している。また、他方の注液シリンジ１３２の先端部にもコック１４２が取り付けられて、このコック１４２は、第１プレート６４に形成された図示しない貫通孔内に配置されており、第２プレート６６に取り付けられた図示しない継手に連結されている。これにより、注液シリンジ１３２の内部は、コック１４２及び図示しない継手を介してセル部９４内に連通している。

ここで、この測定装置５０では、セル部９４内にはリチウムイオン二次電池用の電解液２８が充填される構成となっており、当該充填の際には、一方の注液シリンジ１３４によって電解液２８をセル部９４内に注入し、他方の注液シリンジ１３２内へ電解液２８をオーバーフローさせるようになっている。なお、注液シリンジ１３２、１３４は、セル部９４内に電解液２８が充填され、コック１３６、１４２が閉塞された後にコック１３６、１４２から取り外される。

また、第４プレート７０の軸線方向一端側（第３プレート６８と反対側）には、内圧維持機構を構成する内圧開放シリンジ１４４が配置されている。内圧開放シリンジ１４４の先端部には、コック１４６が取り付けられている。コック１４６の先端側は、第４プレート７０に形成された貫通孔１４８内に配置されており、コック１４６の先端部は、第３プレート６８に取り付けられた筒状の継手１５０に接続されている。継手１５０の筒内はセル部９４内に連通しており、内圧開放シリンジ１４４の内部は、コック１４６及び継手１５０を介してセル部９４内に連通している。

さらに、図７に示すように、第１プレート６４及び第４プレート７０には、それぞれ取付部材１５２、１５４を介して温度センサ１５６、１５８が取り付けられている。温度センサ１５６は、先端部が第１プレート６４に形成された孔部内に挿入されており、第１プレート６４の温度を測定するようになっている。また、温度センサ１５８は、先端部が第３プレート６８に形成された孔部内に挿入されており、第３プレート６８の温度を測定するようになっている。なお、温度センサ１５６、１５８の各測定値が同じ値になった状態では、正極電極２４と負極電極２６とが同じ温度になったものとみなすことができる。

次に、本第２の実施の形態の作用について説明する。

上記構成の測定装置５０では、セル部９４内に電解液２８が充填された状態で、正極電極２４及び負極電極２６に対し、図示しない配線、オス端子１０４及びメス端子１０２を介して図示しない充電器又は負荷が接続されると、電解液２８中のリチウムイオンがセパレータ９２の複数の貫通孔１４を介してセパレータ９２を透過し、正極電極２４と負極電極２６との間を移動する。これにより、正極電極２４と負極電極２６との間で電荷が移動し、電池９６が充電又は放電される。

このように電池９６が充放電されることで、正極電極２４の厚さ寸法が変化すると、セパレータ９２が、圧縮コイルスプリング９０の付勢力に抗して負極電極２６、第２挟持部材８２、摺動部材１１０、継手部材１１８、取付プレート１２０、及び第１変位計１２６と共に、第３プレート（第１挟持部材）に対し相対移動する。また、負極電極２６の厚さ寸法が変化すると、第２挟持部材８２が圧縮コイルスプリング９０の付勢力に抗してセパレータ９２に対し相対移動する。

ここで、この測定装置５０では、セパレータ９２の第３プレート６８に対する相対移動量、すなわち第１変位計１２６の第３プレート６８に対する相対移動量であって、かつ、正極電極２４の厚さ寸法の変化量は、第１変位計１２６によって測定される。また、第２挟持部材８２の第３プレート６８（第１挟持部材）に対する相対移動量、すなわち、正極電極２４の厚さ寸法の変化量と負極電極２６の厚さ寸法の変化量との和は、第２変位計１３０によって測定される。したがって、第２変位計１３０の測定値から第１変位計１２６の測定値を引くことで、負極電極２６の厚さ寸法の変化量を測定することができる。

このように、本第２の実施の形態に係る測定装置５０では、充放電中における正極電極２４の厚さ寸法の変化量と負極電極２６の厚さ寸法の変化量とを別々に測定することができ、前記第１の実施の形態に係る測定装置１０と基本的に同様の効果を奏する。

しかも、本第２の実施の形態に係る測定装置５０では、第１挟持部材としての第３プレート６８は、架台５２に固定されて変位しないようになっており、この第３プレート６８にセパレータ９２が圧縮コイルスプリング９０の付勢力によって押し付けられる構成となっている。したがって、セパレータ９２の厚さ寸法を薄く形成した場合でも、セパレータ９２が破壊されることを防止でき、これにより、良好なイオンの放電容量を確保できる。但し、この測定装置５０では、上述の如く、第２変位計１３０によって正極電極２４の厚さ寸法の変化量と負極電極２６の厚さ寸法の変化量との和を測定し、この測定値から第１変位計１２６の測定値（正極電極２４の厚さ寸法の変化量）を引いて負極電極２６の厚さ寸法の変化量を求める構成であるため、第２変位計１３０の測定値の誤差は、第１変位計１２６の測定値の誤差の２倍になる。

また、本第２の実施の形態に係る測定装置５０では、正極電極２４と負極電極２６とが充放電に伴ってセル部９４内にガスを発生し、セル部９４の内圧が上昇した場合には、内圧開放シリンジ１４４のピストンが変位することで、セル部９４の内圧上昇が抑制される。したがって、セル部９４の内圧上昇により第２挟持部材８２が不要に変位して測定誤差が生じることを抑制できる。

さらに、本第３の実施の形態に係る測定装置５０では、正極電極２４と負極電極２６との間に流れる電流値を測定する図示しない電流計と、正極電極２４と負極電極２６との間に印加される電圧値を測定する図示しない電圧計と、正極電極２４と負極電極２６の温度を間接的に測定する温度センサ１５６、１５８と、を備えているので、正極電極２４と負極電極２６の各厚さ寸法の変化量の測定と同時に、これらの間の電流値と電圧値、及びこれらの温度を測定することができる。

なお、上記第２の実施の形態に係る測定装置５０では、セパレータ９２と第３プレート６８（第１挟持部材）との間に正極電極２４が配置され、セパレータ９２と第２挟持部材８２との間に負極電極２６が配置された構成としたが、これに限らず、セパレータ９２と第３プレート６８（第１挟持部材）との間に負極電極２６が配置され、セパレータ９２と第２挟持部材８２との間に正極電極２４が配置された構成としてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る測定装置の構成を示す概略的な平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る測定装置の構成を示す正面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る測定装置の構成を示す上面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る測定装置の構成を示す右側面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る測定装置の構成を示す左側面図である。 図５の３−３線に沿った断面図である。 図５の５−５線に沿った断面図である。 図６の一部を拡大した図である。 図５の７−７線に沿った断面図である。

符号の説明

１０ 測定装置
１２ セパレータ
１４ 貫通孔
１６ 第１挟持部材
１８ 第２挟持部材
２０ セル部
２２ 電池
２４ 正極電極（一方の電極）
２６ 負極電極（他方の電極）
２８ 電解液
３０ 第１変位計
３２ 第１連結部材
３４ 第２変位計
３６ 第２連結部材
５０ 測定装置
６４ 第１プレート（第２連結部材）
６６ 第２プレート（第２連結部材）
６８ 第３プレート（第１挟持部材）
８２ 第２挟持部材
８８ 閉止部材（第２連結部材）
９２ セパレータ
９４ セル部
１１０ 摺動部材（第１連結部材）
１１８ 継手部材（第１連結部材）
１２０ 取付プレート（第１連結部材）
１２４ 取付部材（第１連結部材）
１２６ 第１変位計
１２８ 取付部材（第２連結部材）
１３０ 第２変位計
１４４ 内圧開放シリンジ（内圧開放機構）

Claims (10)

1. 電解液が含浸された一対の電極を有すると共に前記電解液中のイオンが前記一対の電極間で移動することで電荷移動可能な電池における電荷移動中の前記一対の電極の厚さ寸法の変化量を測定するための測定装置であって、
   イオンが透過可能でかつ非電子導電性を有する仕切部材と、
   前記仕切部材の一側に配置されると共に前記仕切部材に対して相対移動可能とされ、前記一対の電極のうちの一方を前記仕切部材との間で挟持する第１挟持部材と、
   前記仕切部材の他側に配置されると共に前記仕切部材に対して相対移動可能とされ、前記一対の電極のうちの他方を前記仕切部材との間で挟持する第２挟持部材と、
   前記仕切部材と前記第１挟持部材と前記第２挟持部材との相対移動量を別々に測定可能な測定手段と、
   を備えた測定装置。
2. 前記測定手段は、前記仕切部材に対する前記第１挟持部材の相対移動量を測定する第１変位計と、前記仕切部材に対する前記第２挟持部材の相対移動量を測定する第２変位計とを備えたことを特徴とする請求項１記載の測定装置。
3. 前記仕切部材と前記第１変位計とを連結する第１連結部材、及び、前記仕切部材と前記第２変位計とを連結する第２連結部材のうち少なくとも一方を備えたことを特徴とする請求項２記載の測定装置。
4. 前記測定手段は、前記第１挟持部材に対する前記仕切部材の相対移動量を測定する第１変位計と、前記第１挟持部材に対する前記２挟持部材の相対移動量を測定する第２変位計とを備えたことを特徴とする請求項１記載の測定装置。
5. 前記仕切部材と前記第１変位計とを連結する第１連結部材、及び、前記第１挟持部材と前記第２変位計とを連結する第２連結部材のうち少なくとも一方を備えたことを特徴とする請求項４記載の測定装置。
6. 前記仕切部材は、非圧縮性を有する材料により形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の測定装置。
7. 前記仕切部材は、セラミックスにより板状に形成されると共に板厚方向に貫通する複数の貫通孔を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項記載の測定装置。
8. 前記仕切部材は、厚さ寸法が１ｍｍ乃至５ｍｍとされ、隣接する前記貫通孔の孔間隔が０．１ｍｍ乃至０．５ｍｍとされることを特徴とする請求項７記載の測定装置。
9. 第１挟持部材と第２挟持部材との間に形成され、前記電解液が封入されるセル部と、前記セル部の内圧上昇を抑制する内圧開放機構とを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項記載の測定装置。
10. 電解液が含浸された一対の電極を有すると共に前記電解液中のイオンが前記一対の電極間で移動することで電荷移動可能な電池における電荷移動中の前記一対の電極の厚さ寸法の変化量を測定するための測定方法であって、
    イオンが透過可能でかつ非電子導電性を有する仕切部材と、前記仕切部材の一側に配置され、前記仕切部材に対して相対移動可能とされた第１挟持部材との間で前記一対の電極のうちの一方を挟持すると共に、前記仕切部材の他側に配置され、前記仕切部材に対して相対移動可能とされた第２挟持部材と、前記仕切部材との間で前記一対の電極のうちの他方を挟持し、かつ、前記仕切部材と前記第１挟持部材と前記第２挟持部材との相対移動量を別々に測定することを特徴とする測定方法。

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